【JavaEE精炼宝库】网络原理基础——网络层 | IP协议

网络层的作用主要有（1）路径规划（路由选择）。（2）地址管理。

在网络层中IP协议独自占了大壁江山。所以介绍网络层其实就是在介绍IP协议。

基本概念：

• 主机：配有 IP 地址，但是不进行路由控制的设备。

• 路由器：即配有 IP 地址，又能进行路由控制。

• 节点：主机和路由器的统称。

一、IP 协议的格式

下图为 IPv4 协议的格式。

• 4 位版本号（version）：指定 IP 协议的版本，对于 IPv4 来说，就是 4，对于 IPv6 来说，就是 6。

• 4 位首部长度（header length）：IP 头部的长度单位是 4 个字节，也就是length * 4 的字节数。4 bit 表示最大的数字是 15，因此 IP 头部最大长度是 60 字节，根据上图可知 IP 头部最短长度是 20 字节。

• 8 位服务类型（Type Of Service)：3 位优先权字段（已经弃用），4 位TOS字段，和 1 位保留字段（必须置为 0）。4 位TOS分别表示：最小延时，最大吞吐量，最高可靠性，最小成本。这四者相互冲突，只能选择一个。 对于 ssh / telnet 这样的应用程序，最小延时比较重要，对于 ftp 这样的程序，最大吞吐量比较重要。

• 16 位总长度（total length）：IP 数据报整体占多少个字节。 总长度去掉 IP 首部长度，剩下的就是 TCP / UDP 数据包的总长度。如果是 TCP ，去掉 TCP 报头长度，剩下的就是载荷长度（TCP 报头中算不出载荷长度，所以要用这种方法）。

• 16 位标识（id）：唯一的标识主机发送的报文（用来区分哪些数据包要进行合并）。如果 IP 报文在数据链路层被分片了，那么每一个片里面的这个 id 都是相同的。

• 3 位标志：第一位保留（保留的意思是现在不用，但是还没想好，说不定以后要用到）。第二位置为 1 表示禁止分片，这时候如果报文长度超过 MTU，IP 模块就会丢弃报文。第三位表示"更多分片"，如果分片了的话，最后一个分片置为 1，其他是 0。类似于一个结束标记。

• 13 位片偏移（framegament offset）：是分片相对于原始 IP 报文开始处的偏移（确定若干个要拼接的数据包先后顺序）。其实就是在表示当前分片在原报文中处在哪个位置。实际偏移的字节数是这个值 * 8 得到的。因此，除了最后一个报文之外，其他报文的长度必须是 8 的整数倍（否则报文就不连续了）。

• 8 位生存时间（Time To Live，TTL)：数据报到达目的地的最大报文跳数。一般是 64。每次经过一个路由，TTL - 1，一直减到 0 还没到达，那么就丢弃了。这个字段主要是用来防止出现路由循环。

• 8 位协议：表示上层协议的类型（载荷部分是 TCP 还是 UDP 还是其他的协议）。

• 16 位首部校验和：使用 CRC 进行校验，来鉴别头部是否损坏。

• 32 位源 IP 地址和 32 位目的 IP 地址：表示发送端和接收端。为了让我们方便观察，把 32 位的整数通常表示成 “点分十进制”的方式。例如 192.168.2.103。

• 选项字段（不定长，