《TCP/IP详解》笔记——IP网际协议

本系列是针对《TCP/IP详解》的笔记总结，包含各章节的主要内容。有助于帮助你快速了解并掌握TCP/IP协议的相关内容。

IP的选择过程主要包括以下几点，当两个主机在同一个局域网时，由于主机与源主机直接相连接，数据可以直接发送，当不在同一个局域网中，需要通过路由转发，每个局域网中包含一张路由表，该表记录了目的IP和下一跳IP地址用于数据转发。TCP/IP的网络协议层的主要作用就是IP选择，获取到目的主机的IP地址，实现数据的转发。本文针对IP转发详解讲解该过程的实现原理。

1、IP协议概述

I P层提供不可靠、无连接的数据报传送服务：

不可靠(unreliable)：意思是它不能保证I P数据报能成功地到达目的地。
无连接(connectionless)：意思是IP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。每个IP数据报都是独立的进行路由，选择当前最合适的next-hop进行传输，这也说明IP数据报可以不按发送顺序接收。

2、IP协议框架

这里写图片描述

2.1 IP首部各字段含义

版本号:4bit ；
头长度:4bit，单位为4字节,因此首部最多为max_len=15*4=60bytes ；
服务类型:8bit，3bit优先权（现已不使用），4bit ToS（分别为：D 最小时延、T 最大吞吐量、R 最高可靠性和 C最小费用），1bit保留；
封包总长度:16bit，即整个IP报的长度：16bit —>> 65535字节，最少为46字节；
封包标识:16bit，惟一标识发送的每一个数据报；
标志:3bit；
片偏移:13bit；
生存时间:8bit，就是TTL，经过一个处理它的路由器，值就减去1 (与tracerouter结合使用) 当为0时，就不会被继续转发了；
协议:8bit，可能是TCP、UDP、ICMP等；
校验和:16bit，IP首部中的校验和只是根据IP首部来计算的，而不包含后面的数据部分，后面的数据部分相当于被屏蔽了，这也验证了IP协议是无连接的、不可靠的。计算方法是首先将校验和字段置0，然后对每16个bit进行二进制反码求和；
源IP地址 :32bit；
目标IP地址 :32bit。

2.2 数据传输方式

TCP/IP的数据传输每4字节32bit的传输顺序是首先传输0~7bit，然后是8~15bit，然后16~23bit，最后传输24~31bit，这种传输顺序称为大端序，也就是网络字节序，TCP/IP首部中所有二进制整数都是通过这种方式传输的。

3、IP路由选择

3.1 IP选择过程

共享网络： 目的主机与源主机直接相连，IP数据报直接送到目的直接；
不在共享网络时： 发往默认路由，由路由转发（在TTL大于0的情况下，当TTL减至0之后，数据报也不会被继续转发）当一个IP包在某一个路由器的时候发现没有路由可走，那么该路由器就会给源主机发送“主机不可达”或者“网络不可达”的ICMP包来报错。

3.2 路由表包含的信息

目的IP地址：可以是完整的主机地址，或网络地址；
下一跳：路由器或直接相连的网络IP地址；
标志：2个，1、IP地址是网络地址还是主机地址，2、下一跳是路由器还是直接相连的端口；
网络接口：为数据报传输指定一个网络接口。

3.3 搜索路由表，转发数据报的优先级

与目的IP地址完全匹配的表目（网络号和主机都匹配）
网络号相匹配的表目：目的网络上的所有主机都可以通过这个表目来处置。
默认表目：找到最高优先级的表目，然后发送数据报，若均不成功，则不能传送，则会返回主机不可达或网络不可达的错误。

3.4 路由表重要特点

为网络指定一个路由表(基本上一个路由就是一个小的局域网，因此每个路由器都包含一个路由表)，而不是为每个主机指定一个路由表；
IP路由选择是逐跳来实现的，数据报在各站传输过程中IP地址和数据部分都是不会变化的，但是IP首部（TTL和校验和）和链路层的地址在每一站都可能发生变化。

4、子网掩码

在TCP/IP的网际层中，有一个十分重要的概念，就是IP的子网掩码，通过子网掩码，我们可以获取到该网络的网络号、主机号和子网号等数据。

4.1 子网掩码格式

IP地址的格式为：网络号+子网号+主机号
子网掩码作用：确定多少比特用于子网号，及多少比特用于主机号

4.2 子网掩码类型

这里写图片描述
各类型解释如下：

A类IP段　 0.0.0.0 到127.255.255.255；
B类IP段　 128.0.0.0 到191.255.255.255；
C类IP段　 192.0.0.0 到223.255.255.255。

ＸＰ默认分配的子网掩码每段只有255或0

Ａ类的默认子网掩码：255.0.0.0　　　　　一个子网最多可以容纳1677万多台电脑；
Ｂ类的默认子网掩码：255.255.0.0　　　　一个子网最多可以容纳6万台电脑；
Ｃ类的默认子网掩码：255.255.255.0　　　一个子网最多可以容纳254台电脑。

4.3 子网掩码说明

给定I P地址和子网掩码以后，主机就可以确定以下I P数据报信息：

本子网上的主机；
本网络中其他子网中的主机；
其他网络上的主机。