4.网络层-IP
网络层
1.作用
网络层控制子网的通信，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的传输路径，实现流量控制、拥塞控制与网络互联的功能。
2.数据传输单元（PDU）
数据包（packet）或者是分组。
3.服务访问点（SAP）
IP地址。
一、IP协议
1.简介
IP协议是无连接不可靠的网络层协议。 无连接：是指IP并不维护任何关于后续数据包的状态信息。每个数据包的处理是相互独立的。 不可靠：是指不能保证IP数据包能成功到达目的地，是一种尽力而为的传输服务，路由器对IP包错误处理方式是丢包，并发送ICMP给源地址。
IP是TCP/IP体系中的网络层协议(相当于OSI模型的网络层)，同时是整个TCP/IP协议族的核心，也是构成互联网的基础。对上可载送传输层各种协议的信息，例如TCP、UDP等；对下可将IP信息包放到链路层，通过以太网、令牌环网络等各种技术来传送。为了能适应大规模、异构网络的互联互通，IP强调适应性、简洁性和可操作性，并在可靠性做了一定的牺牲。IP只为主机提供一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据报传输服务，所传送分组有可能出现丢失、重复、延迟或乱序等问题。
2.IP协议重要字段
IP数据包格式.png
IP数据包由报头和数据两部分组成。报头的前一部分是固定长度，共20字节。在报头的固定部分的后面是可选部分——IP选项和填充域。
（1）版本号：4位.
占4位。 就是IP协议的版本，通信双方的IP协议必须要达到一致，IPv4的版本就是0100。
（2）首部长度(IHL)：4位
（5-4-32；20-15-60）占4位，所以首部长度的最大值为1111，15，又因为首部长度代表的单位长度为32个字（也就是4个字节），所以首部长度的最小值就是0101，当然，也确实如此，大部分的ip头部中首部字节都是0101.也就是5*4=20个字节，如果是最大值15的话，ip首部的最大值就是60个字节，所以记好了，ipv4首部长度的最大值就是60，当然当中我们又能发现，IPv4的首段长度一定是4字节的整数倍，要是不是怎么办呢？别急，后面的填充字段会自动填充补齐到4字节的整数倍的。
（3）服务类型(Type of Service,ToS)：8位
占8位。又分为DSCP、ECN。 DSCP字段：占6位，功能：区分优先级（区分服务）。 ECN字段：占2位通知拥塞，有拥塞就有值，无拥塞就没有值。
（4）总长度(Total Length)：16位
占16位。 是ip数据包中首部和数据的总和的长度。 因为占16位，所以很好理解，总长度的最大值就是2的16次方减一，65535。
① MTU
这玩意也对应着还有一个很简单的概念，最大传输单元MTU（每一种数据链路层都有其自己的帧格式，其中包括帧格式中的数据字段的最大长度，这称为最大传送单元MTU），意味着一个IP数据包的最大长度就只能装下65535个字节，要是传输的长度超过这个MTU的值怎么办？很简单，分片。
（5）标识符（Identifier）：16位
占16位。 IP软件在存储器中维持一个计数器，每产生一个数据报，计数器就加1，并赋给标识字段。当数据报进行分片处理后，每个分片的标识值都与原数据报的标识值相同，则在接收端具有相同标识值的分片就能最终正确的重装成为原来的数据报。
（6）标记字段（Flag）：3位
占3位，但目前只有两位有意义。 第一位是不使用的，第二位为DF不分段，一般有用的是前两位。
① DF（中间位）
中间位叫做DF，DF=1表示不能进行分片，DF=0才可以进行分片操作。
② MF（最低位）
最低位叫做MF，MF=1表示后面还有若干个数据包，MF=0表示这已经是若干数据包片中的最后一个数据包了。
（7）段偏置值（片偏移）: 13位
占13位。 表示每个数据报的分片在原数据报中的相对位置。片偏移以8个字节为偏移单位，即每个分片的长度一定是8字节的整数倍。
（8）生存期（Time To Live，TTL）：8位
占8位。 表示数据包在网络中的寿命。最初以秒为TTL值的单位，现在以跳数为单位，则目前的最大数据为255。 设一个定值，每经过一个路由器自动减1 ，直到为0自动丢弃，不会发生环路。
（9）协议(Protocols)：8位
占8位。 指出此数据包携带的数据是使用何种协议，以便使目的主机的IP层知道应将数据部分上交给哪个处理过程。 TCP对应协议字段值6；UDP对应协议字段值17。
（10）头校验和（HC）：16位
占16位。 与CRC区别。该字段只校验数据包的报头，不能检验数据内容。
（11）源地址：32位
占32位。 发送方IP地址。
（12）目标地址：32位
占32位。 接收方IP地址。
（13）任选数据+补丁、用户数据：
2^16 - 1，减一是因为从0开始。 首部的可变部分。 不常考