读《TCP/IP详解》 第3章：IP：网际协议

TCP/IP详解是一本经典的书，以前粗略的看过一点，但是以前没有写博客的习惯，所以没做什么笔记，看过之后不久，也就忘记了。现在重新阅读该书，记记笔记，方便自己以后查阅。

第三章讲的是IP协议，IP协议是TCP/IP协议族中最核心的东西。所有TCP、UDP、ICMP、IGMP数据都以IP数据报格式传输，IP协议的特点是不可靠、无连接。

1. 不可靠：指IP协议不保证数据报能成功到达目的地。可靠性必须由上层来提供
2. 无连接：指IP协议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独立的。IP数据报可不按顺序接收。

从图上可以知道，除去长度可变的可选字段之外，IP报头总花是20个字节。

• 大端序（big endian）：数据的高位字节存放在地址的低端，低位字节存放在地址的高端，由于在网络上传输都要求以大端序传输，所以大端序又称网络字节序
• 小端序（little endian）：数据的低位字节存放在地址的低端，高位字节存放在地址的高端，在网络中传输时，必须将其转换成网络字节序

IP报头格式说明如下：
1. 版本号为4，因为当前使用广泛的主要还是IPv4
2. 首部长度指是是首部占32位的数目，包括任何选项。不包含任何选项的IP数据报首部长度值是5
3. 服务类型（TOS）包含3 bit的优先权子字段，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。4 bit互斥，只能在同一时间设置其中一位。
4. 总长度指的是整个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IP数据报中数据内容的起始位置和长度。
5. 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.
6. TTL，生存时间，设置了数据报可以经过的最多跳数。IP数据报每经过一跳，它的值就减1，当该字段为0时，数据报就会被丢弃，并向源主机发送ICMP。Traceroute程序就是通过一步一步增加TTL，解析返回的ICMP来追踪路由的。
7. 首部检验和是根据IP首部计算的检验和码，不对首部后面的数据进行计算，当目的主机接收到IP数据报的时候，会重新计算一次检验和，如果和当前IP数据报中的检验和一致，则说明数据传输无误。否则丢弃该数据报。
8. 源地址和目的地址字段分别记录了源主机的IP地址和目的主机的IP地址。
9. 选项字段，是一个可变字段，这些选项在实际使用中很少被使用，目前这些选项定义如下：

• 安全和处理限制
• 记录路径
• 时间戳
• 宽松的源站选路
• 严格的源站选路

IP首部的定义可用C语言中的struct来表示：

IP选路主要是根据路由表中的纪录来进行的，在*nix或Windows中，可以使用netstat -r命令来查看路由表：

路由表中的每一项都包含以下这些信息：

• 目的IP地址：既可以是一个完整的主机地址，也可以是一个网络地址，如上图中的Destination字段
• 下一跳IP地址或者有直接连接的网络IP地址：下一跳是指一个在直接相连网络上的路由器，通过它可以转发数据报。下一跳并不是最终目的，但通过它可以转发到最终目的地。
• 标志：其中一个标志指明目的IP地址是网络地址还是主机地址，另一个标志指明下一跳是否为真正的下一跳，还是一个直连接口。如上图的Flags字段

IP选路是逐跳进行的，从上图中可以看到，IP并不知道到达任何目的地的完整路径，除了那些与主机直接相连的目的，所有IP跳由只为数据传输提供下一跳IP地址

IP选路主要完成以下功能：

• 搜索路由表，寻找能与目的IP完全匹配的条目，如果找到，则把报文发送给该表目指定的IP地址或接口。
• 搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的条目，如果找到，则把报文发送给该条目指定的下一站路由或网络接口。
• 搜索路由表，寻找标为”默认(default)”的条目，如果找到，把报文发送给该表目指定的下一站路由。

子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。（子网掩码-摘自百度百科）

ifconfig命令：用于对网络接口进行配置和查询，运行示意图如下所示：

netstat命令：该命令也提供系统上的接口信息。-i选项将打印出接口信息，-n选项则打印出IP地址，而不是主机名字。如下示意：

在OS X上，依次打印出每个接口的名字，MTU值，输入分组数，输入错误，输出分组数，输出错误，冲突及当前的输出队列长度等。