Ip协议详解

文章目录

1. 1. Ipv4头部
2. 2. Ipv6头部
3. 3. 转发表
4. 4. 备注
5. 5. 参考

Ip协议是Tcp/Ip协议中的核心协议，位于网络层，上层的tcp、udp、icmp等协议都要依靠它。 Ip协议提供了一种尽力交付、无连接的服务。不保证Ip数据包一定能到达目的地。

Ipv4头部

• 基本的ip头部长度为20字节，可变长度的选项最多可达40字节，ip数据最多65515字节。
• 第一个字段是版本字段，占4位。记录本数据报是ipv4还是ipv6.
• IHL(Internet head length)是头部长度字段，占4位。记录数据报头部中32位字的数量。所以最多只能表示60个字节.
• DS字段和ECN字段在最初是统称为服务类型(ToS)字段，后来才分成两个。
• DS(Differentiated Services)为区分服务字段,占6位。这个字段是用来提供差异化服务的，以给数据报提供不同的优先级。 6位中最后一位是1，表示实验或本地用途；以0结尾表示标准用途。前5位对流量类别和丢弃优先级进行了区分，具体参考RFC2474/2597/3246/5865.
• ECN(Explicit Congestion Notification)显式拥塞通知字段，占2位。在数据报传输途中，如果一台具有拥塞感知功能的路由器检测到了拥塞，就会设置这2位，以此来通知目的主机，目的主机接收到之后会通知发送方降低发送速度。
• 总长度字段记录数据报的总长度，长度16位，可以表示ipv4数据报的最大长度为65535字节。通过这个字段和IHL字段，可以知道数据报的数据部分从哪里开始。
• 标示、标志、分片偏移三个字段对ip数据报的分片至关重要。
• 16位的标示字段，是用来标记数据报的分片的。发送方主机在每次发送数据报时，会将本地计数器的值加1，然后存到该字段。如果该数据报在传送途中被分片，每个分片会分别复制这个值，目的主机接收到这些分片，就可以根据这个标示来判断哪些数据报是一伙的。
• 3位标志字段分别是保留位、DF(don’t frame)、MF(more frame)。DF为1表示本数据报不能分片。MF为1表示后面还有分片，MF为0表示这是最后一个分片。
• 13位的分片偏移字段，记录该数据报分片之前的位置。
• 生存期(TTL)字段用来设置一个数据报可能经过的路由器数量上限。每台路由器再转发数据报时会将该值减1，如果达到0，就丢弃该数报并用一个ICMP消息通知发送方。
• 8位的协议字段用来标示ip数据报所承载的数据报类型，17为udp，6为tcp，4表示ipv4.
• 16位头部校验和字段仅计算ipv4的头部。所以内部的tcp等数据报需要自己记录本身的校验和。另外由于TTL字段每经过一台路由器就要减1，导致每次需要重新计算校验和。
• 剩下的两块为源ip地址和目的ip地址。

Ipv6头部

ipv6数据报加入了扩展首部功能。

以下为数据报具体格式：

• 取消了首部长度，因为IPv6的首部长度是固定40个字节。
• 取消了服务类型，因为流标号和优先级结合起来实现了服务类型的功能。
• 取消了总长度字段，改用为有效载荷长度，有效载荷就是后面的扩展首部加上数据报中的数据。
• 取消了标识，标志和片偏移，因为这些功能都包含在了扩展首部里面。
• 取消了协议字段，改用为下一个首部，功能不变，这样更容易理解。
• 取消了生存时间ttl，改用为跳数限制，功能不变，这样更容易理解，更形象了。
• 取消了首部效验和，这样加快了路由器对数据报的处理速度，在数据链路层中，当我们发现有差错的帧就会抛弃，在运输层中，在udp中，当发现有差错就会抛弃，在tcp中，当发现有差错就会重传，直到传送到目的进程为止。因此在网路层的检测就可以精简掉。
• 取消了选项字段，功能归并在了扩展首部上。

转发表

每个路由器和主机并不记录到达目的地的完整路径，只记录下一跳的地址。ip协议根据相应的转发表，来转发接收到的数据。一个转发表至少包含以下4部分：

• 掩码,子网掩码，用来与ip地址执行与操作。
• 目的网络地址，下一跳的网络地址，将数据报中的 目的地址和掩码执行按位与操作，然后跟这个目的网络地址对比。
• 下一跳，根据对比目的网络地址，决定数据报的下一跳 *接口，由ip层使用的标识符。

备注

• Ip协议数据报中的目的地址在经过每一跳时都不改变，但是链路层的目的地址每跳都会发生改变。

参考

• 《TCP/IP详解(卷1:协议)》第二版
• ip协议详解

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