IP协议

IP协议

一、什么是IP协议

    IP协议是TCP/IP协议中的协议，它为TCP、UDP、ICMP等协议提供传输的通路。
    IP层的主要目的是提供子网的互联，形成较大的网络，使不同的子网之间能够传输数据。

二、IP层的主要作用

1	数据传送：将数据从一个主机传输到另一个主机
2	寻址：根据子网划分和IP地址，发现正确的目的主机地址
3	路由选择：选择数据在互联网上的传送路径
4	数据报文的分段：当传送的数据大于MTU时，将数据进行分段发送和接收并组装

三、IP数据报格式

四、字段及描述

字段	描述
版本	IP协议的版本号，长度为4位，规定网络所实现的IP版本，例：IPv4值为4，IPv6值为6
首部长度	IP字段出去数据的整个头部的数据长度，以32位的字为单元计算
服务类型	该字段为8位，其中包含3位的优先权(已忽略),4位的T服务类型子字段和1位的保留位(必须置0)
总长度	该字段长16位，表示以字节为单位的数据报文长度，长度包含IP的头部和数据部分
标识和片偏移	IP每发一份数据报文都会填写一个标识用来标识该数据包，发送完后此值加1
标志	最低位MF(More Fragment):置1，MF=1，表示还有分片，MF=0，表示为若干数据报分片中最后一个。中间位置DF(Don’t Fragment)置0，表示允许分片，DF=1，表示不允许分片，最高位目前无意义
生存时间	数据报文最多可以经过的路由器数量
协议类型	该字段长8位，标识IP上承载的高级协议
校验和	使用循环冗余校验生成的16位长度数值，保证IP帧的完整性
IP选项	长32b,标识IP的数据段时正常数据或是网络控制数据
源地址和目的地址	源地址表示发送数据的主机或者设备的IP地址，目的地址为接收数据的主机IP地址

五、相关说明

  1、IP首部的长度以字为增量变化，最短的IP头是20字节（不包括数据和选项）。因此，该值最小为5。因为该字段为4位，所以IP的首部最长为60个字节；
  2、服务类型选项含义；

字段	优先权	D	T	R	F	保留
长度	3位	1位	1位	1位	1位	1位
含义	优先级	延迟	吞吐量	可靠性	费用	未用

    优先权字段3位：值为0~7(0为正常值，7为网络控制，但此字段目前已被忽略)。允许传输站点的应用程序设定向IP层发送数据报文的优先权。该字段与D、T、R、F相结合，确定应采取哪种路由方式。
    D：置1，请求低时延 T：置1，请求高吞吐量 R：置1，高可靠性 F：请求低费用
  3、利用头部长度和总长度字段可以计算IP数据报文中数据内容的起始地址和长度，由于该字段长16位，所以IP数据报文最大可达到65535个字节的长度。
  4、在IP进行分片的时候，将标识复制到IP的头部表示数据报文的来源，加上分片数据在原数据中的偏移地址，便于之后进行组装。利用字段总长度和片片偏移可以重新组装IP的数据报文。总长度指出原始包的总长度，片偏移指出该包位于正在组装的IP报文的偏移量，偏移量从头部开始计算。
  5、TTL(Time To Live),指定数据报文的生存时间，源主机发送数据时设置TTL(一般为32或64)，经过一个路由器TTL的值减1。当TTL为0的时候，路由器丢弃此包，并发送一个ICMP报文通知源主机。TTL的出现是为了防止数据包由于出现错误而在路由器之间不断循环。
  6、根据协议类型，TCP/IP协议栈决定将数据发送给哪一层的的协议做相应的处理。

值	协议类型	值	协议类型
1	ICMP	2	IGMP
6	TCP	17	UDP

  7、发送端发送数据时计算CRC16校验值，填入此校验和字段。接收端计算IP的检验值与此字段比对，若不同，则表示此帧出现错误，并丢弃该报文。在经过路由器时会修改TTL值，因此每次需要重新计算CRC16，并更新到校验值字段。
  8、IP选项

IP选项主要定义
安全和处理限制
路径记录：记录所经历路由器的IP地址
宽松源站路由：指定数据报文必须经历的IP地址，可以经过没有指定的IP地址
严格的源站路由：指定数据报文必须经历的IP地址，不能经过没有指定的IP地址