第六章 IP基本原理

一、引入

1.IP是网络层协议，也是当今应用最广泛的网络协议之一

2.IP协议规定了数据的封装方式，网络节点的标识方法，用于网络上数据的端到端的传递。

二、IP协议概述

1。IP及相关协议

2.IP的作用

1）标识节点和链路

用唯一的IP地址标识每一个节点

用唯一的IP网络号标识每一个链路

2）寻址和转发

确定节点所在网络的位置，进而确定节点所在的位置

IP路由器选择适当的路径将IP包转发到目的节点

3）适应各种数据链路

根据链路的MTU对IP包进行分片和重组

为了通过实际的数据链路传递信息，需建立IP地址到数据链路层地址的映射

3.IP网络的结构

4.IP头格式

1.版本：ip报文中，版本占了4位，用来表示该协议采用的是那一个版本的ip，相同版本的ip才能进行通信。一般此处的值为4，表示ipv4。

2.头长度：该字段用四位表示，表示整个ip包头的长度，其中数的单位是4字节。即二进制数0000-1111（十进制数0-15），其中一个最小长度为0字节，最大长度为60字节。一般来说此处的值为0101，表示头长度为20字节。

3.Tos服务字段：该字段用8位表示。该字段一般情况下不使用。

4..总长度：该字段表示整个ip报文的长度，单位是1字节。能表示的最大字节为2^16-1=65535字节。不过由于链路层的MTU限制。超过1480字节后就会被分片（以太帧MTU为1500的情况下，除去20字节的包头）

5.标识：该字段是ip软件实现的时候自动产生的，该字段的目的不是为了接受方的按序接受而设置的，而是在ip分片以后，用来标识同一片分片的。方便ip分片的重组。

6.标志：该字段是与ip分片有关的。其中有三位，但只有两位是有效的，分别为MF，DF，MF。MF标识后面是否还有分片，为1时，表示后面还有分片。DF标识是否能分片，为0表示可以分片。

7.片偏移：该字段是与ip分片后，相应的ip片在总的ip片的位置。该字段的单位是8字节。比如，一个长度为4000字节的ip报文，到达路由器。这是超过了链路层的MTU，需要进行分片，4000字节中，20字节为包头，3980字节为数据，需要分成3个ip片（链路层MTU为1500），那么第一个分片的片偏移就是0，表示该分片在3980的第0位开始，第1479位结束。第二个ip片的片偏移为185（1480/8），表示该分片开始的位置在原来ip的第1480位，结束在2959。第三片的片偏移为370（2960/8），表示开始的时候是2960位，结束的时候在3979位。

8.TTL：该片表示生存周期，该值占8位。ip分片每经过一个路由器该值减一，它的出现是为了防止路由环路，浪费带宽的问题。比如，该ip在R1路由器发送到R2路由器。R2路由器又发给R1路由器。防止这种循环。window系统默认为128.

9.协议：该值标识上层的协议。占8位。其中1，标识ICMP、2标识IGMP、6标识TCP、17标识UDP、89标识OSPF。

10校验和：该值是对整个数据包的包头进行的校验。占16位。

11.源地址和目的地址。标识发送ip片的源和目的ip，32位

12.接下来是可选的部分，一般一些特殊的要求会加在这个部分。

13：数据

三、IP地址和地址映射

1.IP地址格式和表示方法

2.网络号和主机号

网络号用于区分不同的IP网络

主机号用于标识该网络内的一个IP节点

3.IP地址分类

4.特殊的IP地址

5.ARP和RARP

四、IP包转发

1.主机单播IP包发送

2.路由器单播IP包转发

3.主机接收IP包

4.广播风暴

五、其他相关协议介绍

1.代理ARP协议

代理ARP（Proxy-arp）的原理就是当出现跨网段的ARP请求时，路由器将自己的MAC返回给发送ARP广播请求发送者，实现MAC地址代理（善意的欺骗），最终使得主机能够通信。

2.ICMP协议

六、本章总结

1.32位IP地址分为网络号和主机号两部分，用以标识网络和主机

2.主机将跨网段IP包交给默认网关，路由器负责跨越网段转发数据包

3.ARP协议用于把已知的IP地址解析为MAC地址

4.RARP用于在数据链路层地址已知时解析IP地址

5.ICMP定义了网络层控制和传递消息的功能