协议详解3——IP

1. 特点：

　　所有的TCP，UDP，ICMP，IGMP数据都以IP数据报格式传输。  提供不可靠，无连接服务。

　　不可靠：

　　　　不能保证IP数据报能成功到达目的。IP仅提供最好的传输服务。如果发生某种错误时，如某个路由器暂时用完了缓冲区，IP有一个简单的错误处理算法：丢弃数据报，然后    　　   发送ICMP消息给信源端。任何要求的可靠性必须由上层提供（如TCP）；

　　无连接：

　　　　IP不维护任何关于后续数据报的转态信息。每个数据报的处理是相互独立的。即，IP数据报可以不按发送顺序接收。如果一个信源向相同的信宿发sing两个连续的数据报　　　　（先A后B），每个数据报都是独立进行路由选择，B可能比A先到达。

2. IP首部

　　版本目前大部分为4.也称为IPV4.
　　首部长度指首部占32 bit的数目.因此IP首部最长为60 Byte,且为4 Byte的倍数.
　　服务类型(TOS)包括3bit的优先权子字段(现在已被忽略),4 bit的TOS子字段和1 bit未用位但必须置0.4 bit的TOS分别代表:最小时延,最大吞吐量,最高可靠性和最小费用.
　　总长度字段指整个数据报的长度.以Byte为单位.该字段16 bit,所以IP数据报的最大长度可达65535 Byte.
　　标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据.标志位和片偏移字段与分片重组有关.
　　TTL(time-to-live)生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数.
　　协议字段表示那个协议向IP传送数据报.1为ICMP协议,2为IGMP协议,6为TCP协议,17为UDP协议.
　　首部检验和字段是根据IP首部计算的检验和码.它不对首部后面的数据进行计算.
　　选项字段是一个可变长的可选信息.但必须为32 bit的倍数(首部长度字段所要求).
　　IP地址为32 bit.

　　服务类型（TOS）：包括3bit的优先权字段（已被忽略），4bit的TOS子字段和1bit未用位但必须置0。4bit的TOS分布代表：最小延迟，最大吞吐量，最高可靠性，最小费用。4bit只能置其中1bit。如果4bit均为0，意味着是一般服务。Te l n e t和R l o g i n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， F T P文件传输则要求有最大的吞吐量。最高可靠性被指明给网络管理（S N M P）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。

　　

3. IP路由选择

　　在一般情况下,IP从TCP,DUP,ICMP和IGMP接收数据报(即本地生成的数据)并进行发送,或者从其他接口接收数据(待转发的数据)进行转发或接收.
　　当数据报来自某个接口:
　　　　1).IP首先判断IP地址是否为本地地址或者广播地址,如果是就送到首部协议段所指定的协议模块进行处理.
　　　　2).如果不不满足这些地址,且IP层设置为了路由功能,那么就对数据进行转发,否则数据报被丢弃.
　　IP路由选择顺序:
　　　　1)搜索路由表,寻找与目地IP完全匹配的表目.(网络号和主机号)
　　　　2)搜索路由表,寻找与目地IP网络号相同的表目.

　　　　3)搜索路由表,寻找默认(default)表目.

　　　　以上3步依次执行,成功即跳出,如果都不成功,该数据报就不能被转发.

从bsdi到ftp.uu.net（192.48.96.9)的初始路径：

　　主机bsdi有一份IP数据报要传到ftp.uu.net主机上，它的IP地址是192.48.96.9。经过的前三个路由器如图所示。首先，主机bsdi搜索路由表，但是没有找到与主机地址或网络地址相匹配的表目，因此只能用默认的表目，把数据报传给下一站路由器，即主机sun。当数据报从bsdi被传到sun主机上以后，目的IP地址是最终的信宿机地址（192.48.96.9），但是链路层地址却是sun主机的以太网接口地址.

　　当sun收到数据报后，它发现数据报的目的IP地址并不是本机的任一地址，而sun已被设置成具有路由器的功能，因此它把数据报进行转发。经过搜索路由表，选用了默认表目。根据sun的默认表目，它把数据报转发到下一站路由器netb，该路由器的地址是140.252.1.183。数据报是经过点对点SLIP链路被传送的。这里，我们没有给出像以太网链路层数据帧那样的首部，因为在SLIP链路中没有那样的首部。当netb收到数据报后，它执行与sun主机相同的步骤：数据报的目的地址不是本机地址，而netb也被设置成具有路由器的功能，于是它也对该数据报进行转发。采用的也是默认路由表目，把数据报送到下一站路由器gateway（1 4 0 . 2 5 2 . 1 . 4）。位于以太网1 4 0 . 2 5 2 . 1上的主机netb用ARP获得对应于1 4 0 . 2 5 2 . 1 . 4的48 bit以太网地址。这个以太网地址就是链路层数据帧头上的目的地址。路由器gateway也执行与前面两个路由器相同的步骤。它的默认路由表目所指定的下一站路由器I P地址是140.252.104.2。

说明：

　　1) 该例子中的所有主机和路由器都使用了默认路由。事实上，大多数主机和一些路由器可以用默认路由来处理任何目的，除非它在本地局域网上。

　　2) 数据报中的目的I P地址始终不发生任何变化(只有使用源路由选项时，目的I P地址才有可能被修改，但这种情况很少出现)。所有的路由选择决策都是基于这个目的IP地址。

　　3) 每个链路层可能具有不同的数据帧首部，而且链路层的目的地址（如果有的话）始终指的是下一站的链路层地址。在例子中，两个以太网封装了含有下一站以太网地址的链　　　　路层首部，但是S L I P链路没有这样做。以太网地址一般通过A R P获得。

4. 子网寻址

　　子网编制：不是吧IP地址看成由单纯的一个网络号和一个主机号组成，而是把主机号再分为一个子网号和一个主机号。

　　这样做的原因是因为A类和B类地址为主机号分配了太多的空间，可分别容纳的主机数为2²⁴-2 和 2¹⁶-2。事实上，在一个网络中人们并不安排这么多的主机。由于全0或全1的主机号都是无效的（有其他用途），因此我们把总数减去 2。 在InterNIC获得某类I P网络号后，就由当地的系统管理员来进行分配，由他（或她）来决定是否建立子网，以及分配多少比特给子网号和主机号。例如，这里有一个 B类网络地址（1 4 0 . 2 5 2） ，在剩下的16 bit中，8 bit用于子网号，8 bit用于主机号，格式如图所示。这样就允许有2 5 4个子网，每个子网可以有2 5 4台主机。

5. 子网掩码