TCP/IP协议详解笔记——IP协议
简介
TCP/IP协议族中最核心的协议,提供不可靠、无连接的数据报传输服务。
- 不可靠:不能保证IP数据报能成功送达。
- 无连接:并不维护后续数据报的状态信息,每个数据报的处理都是相互独立。数据报可能不会按照发送顺序接收。同一站点向另一站点发送的多个数据报可能经过不同的路由到达。
帧格式
IP数据报格式如下。
- 版本:IP协议版本号,目前为4。故称为IPv4.
- 首部长度:以,不包含可选字段的IP首部大小为20字节。最大值为15,字节。
- 服务类型(TOS):3bit优先权(已被忽略),4bit的TOS字段,1bit未用(0)。4bit的TOS分别为最小时延、最大吞吐量、最高可靠性、最小费用。4bit中只能置其中一个为1。全零时表示一般服务。现在大多数TCP/IP实现都不支持TOS特性,但是无线中QoS有用到该字段。
- 总长度:整个IP数据报的长度,以字节。
- 标识符:唯一标示一份IP数据报。通常值递增。
- 标志位:
- 片偏移:
- TTL:time to live,生存时间。设置了数据报可以经过的最多路由器数。由源主机设置,时,被丢弃。并发送ICMP报文通知源主机。
- 协议:标示基于IP的协议。ICMP:1,IGMP:2,TCP:6,UDP:17。
- 首部校验和:根据IP首部计算的校验和,,按照16bit进行二进制反码求和,结果存放于检验和字段中。
- 源IP地址
- 目的IP地址
- 可选字段:
安全和处理限制(用于军事领域,详见RFC 1108)
记录路径(让每个路由器都记下它的IP地址)
时间戳(让每个路由器都记下它的IP地址和时间)
宽松的源站选录(为数据报指定一系列必须经过的IP地址)
严格的源站选录(只能经过指定的这些地址)
可选字段必须是32bit的整数倍,必要时需要插入0进行填充,因为IP首部始终是32bit的整数倍(这是首部长度字段要求的)
IP路由选择
对于主机,如果目的主机和源主机直接相连,或者处于同一个网络中,IP数据报就直接发送到目的主机。否则,主机将数据报发送给默认的路由器,由路由器来转发包。
IP层可以配置成路由器的功能,也可以配置成主机功能。区别是,主机不转发数据报,而路由器需要转发包。
IP层在内存中都有一个路由表,当收到数据报进行发送时,都要搜索该表。
路由表每项包含的信息:
- 目的IP地址。可以是主机地址,也可以是网络地址,由下述的标志来标示。
- 下一跳路由器的IP地址,或者是直接连接的接口。
- 标志。一个标志标示目的IP是网路地址还是主机地址,另一个标志指示下一站路由器是否为真正的下一站路由器,还是一个直连的接口。
- 为数据报的传输指定一个网络接口。
IP路由选择主要完成下面的功能:
1) 搜索路由表,寻找与目的IP完全匹配的条目。如果找到,则把报文发给下一站路由或者直连接口(取决于标志字段的值)
2) 搜索路由表,寻找与目的网络号匹配的条目。找到的处理同上。这种搜索网络的匹配方法必须考虑可能的子网掩码。
3) 搜索路由表,寻找标为“默认(default)”的条目。如果找到,处理同上。
如果上述都没成功,则丢弃该包,并返回主机不可达或者网络不可达的错误。
数据包在传输过程中,经过不同的链路层或不同的网络会构造不同的链路层首部,但是IP部分不会更改(忽略路由器的NAT功能)。链路层的目的地址(如果有的话),始终是下一站的链路层地址。
子网寻址
最早:IP地址 = 网络号 + 主机号
子网编址:IP地址 = 网络号 + 子网号 + 主机号
子网对于子网以外的路由器都是透明的,对于子网内部的路由器不透明。
RFC 1009允许含有子网的一个网络使用多个子网掩码。
IP地址编址方案:将IP地址划分为A,B,C,D,E五类,其中A,B,C为基本类,D,E类作为多播和保留使用。
网络类别 |
最大网络数 |
IP地址范围 |
最大主机数 |
私有IP地址范围 |
A |
126(2^7-2) |
1.0.0.0--126.255.255.255 |
16777214 |
10.0.0.0--10.255.255.255 |
B |
16384(2^14) |
128.0.0.0--191.255.255.255 |
65534 |
172.16.0.0--172.31.255.255 |
C |
2097152(2^21) |
192.0.0.0--223.255.255.255 |
254 |
192.168.0.0--192.168.255.255 |
内部私有地址:
A类 10.0.0.0--10.255.255.255
B类 172.16.0.0--172.31.255.255
C类 192.168.0.0--192.168.255.255
特殊的IP地址:
0表示所有的比特为0,-1表示所有的比特位全为1,netid、subnetid和hostid分别表示不为全0或全1的对应字段。子网号栏为空表示该地址没有进行子网划分。
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