系列之TCP/IP协议-IP协议

林湾村龙猫 · 掘金 · · 2019-04-12 06:09

正文

一、引言

链路层的上层协议是网络层，IP 协议是网络层协议中的最核心协议。ICMP/IGMP，TCP/UDP 都是通过 IP 数据包传输的。IP 协议提供非可靠的（unreliable）、无连接的（connectionless）。

非可靠的：IP 协议不能保证数据能成功的到达目的地（传输层协议保证）。当 IP 数据包在传输的过程中，发生错误，路由器的处理是丢掉该数据包，然后发送 ICMP 给该 IP 数据包的源；
无连接的：表示 IP 协议不维护后续数据包的状态，每个 IP 数据包都是独立的，即 IP 数据包可以不按照顺序发送接收。

二、IP 数据包

IP 版本号（Version）：IP 协议版本号，长度 4bit；目前常有 IPv4 的该域值是（0100）；
首部长度（Head Length）：表明 IP 数据包的首部长度，长度 4bit，单位是 32bit（4 字节，图 1 中的一行），首部长度最大 15*4=60 字节，没有选填的选项，首部长度为 20 字节，该值为（0101）；
服务类型（Differentiated Services Field）：表明该 IP 数据包选择何种优先级服务传输，长度 8bit，其中前 3bit，后 1bit 没有用的，一般为 0（000XXXX0）；有用的 4bit 部分（XXXX）表示服务类型，每一位表示一种类型，分别是 最小延迟 、 最大吞吐量 、 最高可靠性 、 最小代价 ，这 4bit 每次最多只有一位为 1，若全为 0，表示普通的传输服务；
标识域（Identification）：唯一地标识主机发送的每一份 IP 数据包。通常每发送一份数据包它的值就会加 1；长度 16bit；
协议类型（Protocol）：指明上层协议类型，长度 8bit， 常用协议值 0x01-ICMP，0x02-IGMP，0x06-TCP，0x11-UDP 。
标志域（Flags）：在 IP 数据包分片使用，长度 3bit。
片偏移（fragment offset）：在 IP 数据包分片使用，长度 13bit。
生存时间（Time to Live，TTL）：IP 数据包可以经过的最大路由跳转数，长度 8bit，初值一般为 0x40，IP 数据包每经过一次路由，该值 - 1，当 TTL 为 0 的时候，IP 数据包被丢弃，并发送一个 ICMP 包给该 IP 数据包的主机。
首部校验和（Header checknum）：校验首部，长度 16bit，与以太帧的 CRC 校验不同，这个只校验 IP 数据包的首部。如果校验未通过，直接丢弃该数据包，不发送 ICMP，由上层协议来控制。
源 IP 地址（Source IP）：告诉 IP 数据包，从哪来。长度 32bit。
目标 IP 地址（Destination IP）：告诉 IP 数据包，要到哪去。长度 32bit。