《图解TCP/IP》--IP协议

1. IP即网际协议

1.1 网络层和数据链路的关系

• 数据链路层负责提供两个直连设备的通信功能
• 网络层负责在两个没有直连的网络之间进行通信
  

2. IP基础知识

2.1 IP地址

• 属于网络层地址
• 用于连接到网络上所有主机可以被识别的地址

2.2 路由控制

• 将分组数据发送到最终目的地址

• 多跳路由在转发数据包时，只指定下一个路由或主机，而不是将所有通路指定出来

2.3 数据链路抽象化

• IP是实现多个数据链路之间的通信协议
• 数据链路的地址在网络层都会被抽象成IP地址
• 不同数据链路的区别是各自的最大传输单位（MTU）不同，为解决这个问题采用分片处理，即将较大的IP包分成多个较小的。分片的包到了目的地址会被组合回来。

2.4 IP数据面向无连接型

• 在发送数据前不需要建立连接，直接可以发送

原因：

• 提高传输速率
• 简化

3. IP地址基础知识

• 通常一个网卡分配一个IP地址
• IP地址由网络号和主机号组成
• 私有IP的出现可以解决IP不足的问题
• IP包被转发到途中某个路由器时，利用的是网络号进行路由。

• IP地址分为4类。A类是0开头；B类是10开头；C类是110开头；D类是1110开头（常用与多播）
• 广播地址用于在同一个链路中相互连接的主机之间发送数据包

IP多播

• 用于将包发送到特定的组中全部主机
• 多用D类地址

子网与子网掩码

• 子网掩码可以将IP地址继续划分的更细致，使网络号的划分更加灵活

4. 路由控制

• IP地址的网路部分用于进行路由控制
• 路由控制表中记录着网络地址以及下一次应该发送的路由地址
• 如果存在多条相同的网络地址记录，就选择一个最为吻合的地址

4.1 IP地址与路由控制

默认路由

• 所有的网络地址都可以匹配该地址

主机路由

• 匹配地址时，不再单单匹配网络部分，而是全部的IP地址

• 即127.0.0.1（localhost），不会将数据包发送到网络中

4.2 路由控制表的聚合

• 路由信息聚合可以有效减少路由表的条目

5. IP分割处理与再构成处理

数据链路不同，则MTU相异

• 因为不同的数据链路使用目的不同，则MTU就不同

IP分片与重组

• IP分片由路由器处理
• 重组则由主机处理，这样做是因为即使路由器重组，还有可能继续分片，给网络造成负担

分片机制的不足

• 路由器的处理负担加重，会降低网络的利用率

路径MTU发现

• 分片处理时按照路径中最小的MTU进行分片，则可以避免在中途继续分片

6. IPv6

• 可以自动分配IP地址
• 采用认证和加密的功能
• 性能提升
• 方便使用多播和Mobile

7. IPv4首部

• 版本：IPv4版本即为4

• 首部长度：表明IP首部的大小，默认为5，即20个字节

• 区分服务：表明服务质量（目前被无视）
  

• 总长度：IP长度和数据部分的总长度

• 标识：用于分片重组，同一个标识是一个分组

• 标志：包含分片的信息
  

• 片偏移：区分分片后的每个分段的位置

• 生存时间：表明这个包可以被转发多少个路由，如果为0，则丢弃

• 首部校验和：用来检查首部数据有没有被破坏