『TCP/IP详解——卷一：协议』读书笔记——07

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2013-08-20 17:51:49

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• 第三章 IP：网际协议
• 3.1 引言

　　IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP、UDP、ICMP和IGMP数据都以IP数据报格式传输。再来看一下图1-4：

　　IP协议提供不可靠、无连接的数据报传送服务：

不可靠（unreliable）	它不能保证IP数据报能成功的到达目的地。IP仅提供最好的传输服务。任何要求的可靠性必须由上层来提供（如TCP）
无连接（connectionless）	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。也就是说IP数据报可以不按发送顺序接受。

• 3.2 IP首部

　　普通的IP首部长20字节，除非含有选项字段。

　　网络字节序：4个字节的32bit值以下面的次序传输，首先是0~7bit，其次8~15bit，然后16~23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作big endian字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序。以其他形式存储的二进制整数的机器，如little endian格式，则必须在传输数据之前把首部转换成网络字节序。

　　关于IP数据报格式的说明：

4位协议版本号

目前的协议版本号为4，因此IP有时称作IPv4

4位首部长度

指首部占32bit字节的数目，包括任何选项。因为只有4bit字段，因此首部最长为60字节。普通IP数据报（没有任何选择项）字段的值为5

8位服务类型（TOS）

3bit优先权子字段	现在已被忽略
4bitTOS子字段	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1bit，如果所有bit都为0，那么就意味着是一般服务
1bit未用位	必须置0

Telnet和Rlogin这两个交互应用要求最小的传输时延，因为人们主要用它们来传输少量的交互数据。另一方面，FTP文件传输要求有最大的吞吐量。最高可靠性被指明给网络管理（SNMP）和路由选择协议。用户网络新闻（Usenet news，NNTP）是唯一要求最小费用的应用。

16为总长度字段

指整个IP数据报的长度，以字节为单位。由于有16位，所以IP数据报最大可达65535个字节。当数据报被分片时，该字段的值也随着变化。尽管可以传送65535个字节的IP数据报，但是大多数的链路层都会将它分片。而且主机也要求不能接受超过576字节的数据报。但是，事实上现在大多数的实现（特别是那些支持网络文件系统的NFS实现）允许超过8192字节的IP数据报。

16位标识字段

唯一的标识主机发送的每一份数据报，通常每发送一份报文它的值就会加1。

3位标志字段

在讨论分片时讲解

13位片偏移

在讨论分片时讲解

8位TTL（time-to-lie）生存时间字段

设置了数据报可以经过的最多路由器数。它制定了数据报的生存时间。初始值由源主机设置（通常为32或64），一旦经过一个处理它的路由器，它的值就减去1，当该字段的值为0时，数据报就被丢弃，并发送ICMP报文通知源主机。

8位协议字段

可以标识是哪个协议向IP传送数据。详情请看图1-8的数据报分用图解。

16位首部检验和字段

根据IP首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。ICMP、IGMP、UDP和TCP在它们各自的首部中均包含有同时覆盖首部和数据检验和码（此句不太理解）。算法：为了计算一份数据报的IP检验和，首先把检验和字段置为0.然后，对首部中每个16bit进行二进制反码求和（整个首部看成是由一串16bit的字组成），结果存在检验和字段中。当收到一份IP数据报后，同样对首部中每个16bit进行二进制反码求和。由于接收方在计算过程中包含了发送放存在首部中的检验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接受方计算的结果应该为全1。如果不为全1（即检验和错误），那么就IP就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传。

这种算法的好处是，由于路由器经常值修改TTL字段（减1），因此当路由器转发一份报文时可以增加它的检验和，而不需要对IP整个首部进行重新计算。

http://jianjian.blog.51cto.com/35031/4932 这个哥哥的博文通过spynet sniffer抓包软件，分析了这种算法的实现。

32位源IP地址

32位目的IP地址

任选项

安全和处理限制（用于军事领域）

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）

宽松的源站选路（为数据报制定一些列必须经过的IP地址）

严格的源站选路（与宽松的源占选路类似，但是要求只能经过指定的这些地址，不能经过其他的地址）

注：并非所有的主机和路由器都支持这些选项。选项字段一直都是以32bit作为界限，在必要的时候插入值为0的填充字节。这样就保证IP首部始终是32bit的整数倍（这是首部长度字段所要求的）。