TCP-IP详解卷1：协议 学习笔记(3) IP:网际协议

参考：TCP-IP详解卷1：协议

IP首部：

服务类型TOS字段包括一个3bit的优先权子字段（现在已经被忽略），4bit的TOS子字段和1bit未用位但必须置0。4bit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。4bit中只能置其中1bit。如果所有4bit都为0，就意味着是一般服务。

总长度是指整个IP数据报的长度，以字节为单位，利用首部长度字段和总长度字段，就可以知道IP数据报中数据内容的起始位置和长度。由于该字段长16bit，所以IP数据报最长可达65535字节。当数据报被分片时，该字段值也随着变化。

尽管可以传送一个长达65535字节的IP数据报，但是大多数的链路层都会对它进行分片，而且主机也要求不能接收超过576字节的数据报。由于TCP把用户数据分成若干片，因此一般来说不会影响TCP，UDP一般会限制用户数据报长度为512字节，小于576字节，事实上大多数的实现（特别是那些支持网络文件系统NFS的实现）都允许超过8192字节的IP数据报。

总长度字段是IP首部中必要的内容，因为一些数据链路，需要填充一些数据以达到最小长度。

标识字段唯一地标识主机发送的每一分数据报，通常每发送一份报文它的值就会加1。

TTL生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数，指定了数据报的生存时间。TTL的初始值由源主机设置（通常为32或64），当该字段值为0时，数据报就被丢弃，并发送ICMP报文通知源主机。

首部检验和字段是根据IP首部计算的检验和码，不对首部后面的数据进行计算，ICMP、IGMP、UDP和TCP在他们各自的首部中均含有同时覆盖首部和数据检验和码。

在一般的体制中，IP可以从TCP、UDP、ICMP和IGMP中接收数据报，即在本地生成的数据报，并进行发送，或者从一个网络接口接收数据报（待转发数据报）并进行发送。IP层在内存中有一个路由表。当收到一份数据报并进行发送时，都要对该表搜索一次。当数据包来自某个网络接口时，IP首先检查目的IP地址是否为本机的IP地址之一或者IP广播地址。如果确实是这样，数据报就被送到由IP首部协议字段所指定的协议模块进行处理。如果数据报的目的不是这些地址，那么如果IP层被设置为路由器的功能，那么久对数据报进行转发，否则，数据报被丢弃。

路由表中的每一项都包含下面这些信息：目的IP地址、下一站（或下一跳）路由器的IP地址，或者有直接连接的网络IP地址。标志（其中一个标志指明目的IP地址时网络地址还是主机地址，另一个标志指明下一站路由器是否为真正的下一站路由器，还是一个直接相连的接口）。为数据报的传输指定一个网络接口。

IP路由选择是逐跳地进行的。从这个路由表信息可以看出，IP并不知道到达任何目的的完整路径，所有的IP路由选择只为数据报传输提供下一站路由器的IP地址。它假定下一站路由器比发送数据报的主机更接近目的，而且下一站路由器与该主机是直接相连的。

IP路由选择主要完成以下这些功能：

（1）搜索路由表，寻找能与目的IP地址完全匹配的表目（网络号和主机号都要匹配）。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值）。

（2）搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值）。目的网络上的所有主机都可以通过这个表目来处置。例如，一个以太网上的所有主机都是通过这种表目进行寻径的。

（3）搜索路由表，寻找标位默认的表目，如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器。

如果上述步骤都没有成功，那么该数据报就不能被传送，如果不能传送的数据报来自本机，那么一般会向生成数据报的应用程序返回一个主机不可达或网络不可达的错误。

完整主机地址匹配在网络号匹配之前执行，只有当他们都失败之后才选择默认路由。默认路由，以及下一站路由器发送的ICMP间接报文（如果我们为数据报选择了错误的默认路由），是IP路由选择机制中强大的特性。

为一个网络制定一个路由器，而不必为每个主机指定一个路由器，这是IP路由选择机制的另一个基本特性。可以极大地缩小路由表的规模。