TCP/IP 笔记 1.3 IP:网际协议

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　　I P是T C P / I P协议族中最为核心的协议。所有的 T C P、U D P、I C M P及I G M P数据都以I P数据报格式传输。
　　不可靠( u n r e l i a b l e)的意思是它不能保证 I P数据报能成功地到达目的地。 I P仅提供最好的传输服务。如果发生某种错误时，如某个路由器暂时用完了缓冲区， I P有一个简单的错误处理算法:丢弃该数据报，然后发送 I C M P消息报给信源端。任何要求的可靠性必须由上层来提供(如T C P)。
　　无连接( c o n n e c t i o n l e s s)这个术语的意思是 I P并不维护任何关于后续数据报的状态信息。每个数据报的处理是相互独立的。这也说明， I P数据报可以不按发送顺序接收。如果一信源向相同的信宿发送两个连续的数据报(先是 A，然后是 B)，每个数据报都是独立地进行路由选择，可能选择不同的路线，因此 B可能在A到达之前先到达。

普通的I P首部长为2 0个字节，除非含有选项字段。

目前的协议版本号是 4，因此I P有时也称作 I P v 4。

（1）首部长度指的是首部占 32 bit字的数目，包括任何选项。由于它是一个 4比特字段，因此首部最长为6 0个字节。（4bit能表示最大的数字为15，32bit=4byte。15*4yte=60byte）。普通 I P数据报(没有任何选择项)字段的值是 5。

（2）服务类型( TOS)字段包括一个 3 bit的优先权子字段(现在已被忽略)，4 bit的TOS子字段和1 bit未用位但必须置 0。4 bit的TOS分别代表:最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。4 bit中只能置其中1 bit。如果所有 4 bit均为0，那么就意味着是一般服务。

（3）总长度字段是指整个 I P数据报的长度，以字节为单位。利用首部长度字段和总长度字段，就可以知道 I P数据报中数据内容的起始位置和长度。由于该字段长 1 6比特，所以 I P数据报最长可达 6 5 5 3 5字节。当数据报被分片时，该字段的值也随着变化。

　　尽管可以传送一个长达 6 5 5 3 5字节的 I P数据报，但是大多数的链路层都会对它进行分片。而且，主机也要求不能接收超过 5 7 6字节的数据报。

　　由于 T C P把用户数据分成若干片，因此一般来说这个限制不会影响 T C P。U D P的应用( R I P，T F T P，B O O T P，D N S，以及S N M P)，它们都限制用户数据报长度为 5 1 2字节，小于 5 7 6字节。但是，事实上现在大多数的实现(特别是那些支持网络文件系统 N F S的实现)允许超过 8 1 9 2字节的I P数据报。

　　总长度字段是 I P首部中必要的内容，因为一些数据链路(如以太网)需要填充一些数据以达到最小长度。尽管以太网的最小帧长为 4 6字节，但是 I P数据可能会更短。如果没有总长度字段，那么 I P层就不知道 4 6字节中有多少是 I P数据报的内容。

（4）标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加 1。

（5）T T L(t i m e - t o - l i v e)生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。它指定了数据报的生存时间。T T L的初始值由源主机设置(通常为 3 2或6 4)，一旦经过一个处理它的路由器，它的值就减去 1。当该字段的值为 0时，数据报就被丢弃，并发送 I C M P报文通知源主机。

（6）首部检验和字段是根据 I P首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。 I C M P、I G M P、U D P和T C P在它们各自的首部中均含有同时覆盖首部和数据检验和码。

　　为了计算一份数据报的 I P检验和，首先把检验和字段置为 0。然后，对首部中每个 16 bit进行二进制反码求和(整个首部看成是由一串 16 bit的字组成)，结果存在检验和字段中。

　　当收到一份 I P数据报后，同样对首部中每个 16 bit进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全 1。

　　如果结果不是全 1(即检验和错误)，那么I P就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传。
　　I C M P、I G M P、U D P和T C P都采用相同的检验和算法，尽管 T C P和U D P除了本身的首部和数据外，在 I P首部中还包含不同的字段。

（7）每一份 I P数据报都包含源 I P地址和目的 I P地址。它们都是 32 bit 的值。

（8）最后一个字段是任选项,是数据报中的一个可变长的可选信息。

　　选项字段一直都是以 32 bit 作为界限,在必要的时候插入值为 0的填充字节。这样就保证I P首部始终是 32 bit 的整数倍(这是首部长度字段所要求的)。

路由表中的每一项都包含下面这些信息:
• 目的I P地址。它既可以是一个完整的主机地址,也可以是一个网络地址,由该表目中的标志字段来指定(如下所述)。主机地址有一个非0的主机号(见图1 - 5),以指定某一特定的主机,而网络地址中的主机号为0,以指定网络中的所有主机(如以太网,令牌环网)。
• 下一站(或下一跳)路由器( next-hop router)的I P地址,或者有直接连接的网络 I P地址。下一站路由器是指一个在直接相连网络上的路由器,通过它可以转发数据报。下一站路由器不是最终的目的,但是它可以把传送给它的数据报转发到最终目的。
• 标志。其中一个标志指明目的 I P地址是网络地址还是主机地址,另一个标志指明下一站路由器是否为真正的下一站路由器,还是一个直接相连的接口。
• 为数据报的传输指定一个网络接口。
　　I P路由选择是逐跳地( h o p - b y - h o p)进行的。从这个路由表信息可以看出, I P并不知道到达任何目的的完整路径(当然,除了那些与主机直接相连的目的)。所有的 I P路由选择只为数据报传输提供下一站路由器的 I P地址。它假定下一站路由器比发送数据报的主机更接近目的,而且下一站路由器与该主机是直接相连的。

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