IP网际协议

 

IP分类

IP地址分为网络号和主机号，5类不同的IP地址格式如下：

A类地址每个网段内最多有2²⁴个，也就是16，777，214个。

B类地址每个网段内最多有2¹⁶个，也就是65535个。

C类地址每个网段内最多有2⁸个，也就是255个。

子网寻址

 现在的主机都要求支持子网编址，不再把IP看成单纯的网络号和主机号组成，而是把主机号再分为子网号和主机号。

子网对外部路由来说隐藏内部网络组织。而且子网划分大大减少路由表的规模。

 

子网掩码

IP地址分类的本质是区分网络标识和主机标识，另一种更加灵活、细粒度的区分方法是使用子网掩码。子网掩码长度也是32位，由一段连续的1和一段连续的0组成。1的长度就表示网络标识的长度，0代表主机号的长度。

给定IP地址和子网掩码后，主机就可以确定IP数据报的目的是：（1）本子网上的主机；（2）本网络上其他子网的主机；（3）其他网络的主机

 

IP报文分割

在数据链路层，不同的数据链路层有不同的最大传输单元（MTU），因此IP协议的一个任务就是对数据进行分片和重组。

分片由发送端主机和路由器负责，重组有接收端主机负责。

路径MTU

分片会加重路由器的负担，因此只要条件允许，我们都不希望路由器对数据报进行分片处理。而且，如果一个数据片丢失，整个数据报都会作废。

解决以上问题的技术是“路径MTU发现”。主机会首先获取整个路径中所有数据链路的最小MTU，并按照整个大小将数据分片。因此传输过程中的任何一个路由器都不用进行分片工作。

为了找到路径MTU，主机首先发送整个数据包，并将IP首部的禁止分片标志设为1.这样路由器在遇到需要分片才能处理的包时不会分片，而是直接丢弃数据并通过ICMP协议将整个不可达的消息发回给主机。

主机将ICMP通知中的MTU设置为当前MTU，根据整个MTU对数据进行分片处理。如此反复下去，直到不再收到ICMP通知，此时的MTU就是路径MTU。

重组

接收端根据IP首部中的标志(Flag)和片偏移(Fragment Offset)进行数据重组。

IP首部

普通的IP首部长20个字节，除非含有选项字段，IP数据报格式如下：

• 4位版本：目前的协议版本号为4，因此IP也称为IPV4

• 4位首部长度：首部占4字节的数据，包括任何选项。由于它是一个4比特字段，因此首部最长为60（4* （2⁴ - 1））个字节。普通IP数据报（没有任务选项）字段的值为5.

• 8位服务类型：目前不使用，全为0

• 16位总长度：整个IP数据报的长度，以字节为单位。利用首部长度和总长度，就可以知道数据内容的起始位置和长度。由于该字段场16比特，所有IP数据报的最长为65535个字节。

• 用于分片和重组

1. 16位标识：标识字段唯一的标识主机发出每一份数据报。用户分片和重组。

2. 3位标志：由3个比特位组成：

   • 第一个标识未使用，目前必须是0；

   • 第二个标识标识是否分片，0标识分片，1标识不分片；

   • 第三个标识表示分片时是否最后一个包，0表示是最后一个包，1表示不是最后一个包。

3. 13位偏移量：表示被分片的段相对于原始数据的位置，单位为8字节，

• 8位生存时间：表示包可以经过多少路由器的中转，每经过1个路由器，TTL减1

• 8位协议：表示IP首部的下一个首部属于哪个协议。比如TCP协议的编号为6，UDP编号为17

• 16位首部校验和：用于检查IP首部是否损坏

• 32位源IP地址：

• 32位目的IP地址：

 

IP选路

netstat命令

对于一个给定的路由器，可以打印出五种不同的标志（ f l a g）：
U 该路由可以使用。
G 该路由是到一个网关（路由器）。如果没有设置该标志，说明目的地是直接相连的。
H 该路由是到一个主机，也就是说，目的地址是一个完整的主机地址。如果没有设置该
标志，说明该路由是到一个网络，而目的地址是一个网络地址：一个网络号，或者网
络号与子网号的组合。
D 该路由是由重定向报文创建的（ 9 . 5节）。
M 该路由已被重定向报文修改（ 9 . 5节）。
标志G是非常重要的，因为由它区分了间接路由和直接路由（对于直接路由来说是不设置
标志 G的） 。其区别在于，发往直接路由的分组中不但具有指明目的端的 I P地址，还具有其链
路层地址（见图 3 - 3 ）。当分组被发往一个间接路由时， I P地址指明的是最终的目的地，但是
链路层地址指明的是网关（即下一站路由器） 。
理解 G和 H标志之间的区别是很重要的。 G标志区分了直接路由和间接路由，如上所述。
但是 H标志表明，目的地址（ n e t s t a t命令输出第一行）是一个完整的主机地址。没有设置
H标志说明目的地址是一个网络地址（主机号部分为 0）。当为某个目的 I P地址搜索路由表时，
主机地址项必须与目的地址完全匹配，而网络地址项只需要匹配目的地址的网络号和子网号
就可以了
参考记数 R e f c n t（ Reference count）列给出的是正在使用路由的活动进程个数。
下一列（“ u s e”）显示的是通过该路由发送的分组数。