IP协议

IP协议

IP协议是一个不可靠、无连接的服务，负责在源地址和目的地址之间传送数据报，为了适应不同网络对分组大小的要求，需要对上层传来的报文进行分割，最后调用本地网络协议将数据报传送给下一个网关或目的计算机，所有的TCP、UDP、ICMP数据都是以IP数据报格式传输的

不可靠是指不能保证IP数据报能成功地到达目的地

无连接是指IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息，每个数据报的处理是相互独立的

主要功能

• IP寻址
• 路由
• 分包和组包

IP协议的作用是把各种数据包传送给对方，传送过去最重要的两个条件是IP地址和MAC地址，IP地址指明了节点被分配到的地址，MAC地址是指网卡所属的固定地址，IP地址可以和MAC地址进行配对，IP地址可以变，但是MAC地址基本上是不会更改的

IP寻址

IP地址

IPv4地址以每8位一组，分成4组，再将每组数转换为十进制，范围从0到255，各组用点分隔，如192.168.0.4

IPv6地址通常写为冒号分隔的8个区块，每个区块是4个十六进制数字

子网掩码

我们在配置IP地址时，通常还会配置子网掩码，那么什么是子网掩码呢？由于IP地址中包含了网络ID和主机ID两部分，以便于IPv4地址的寻址操作。

以IPv4为例

网络ID在数据链路的每个段配置不同的值，要保证相互连接的每个段的地址不重复，相同段内相连的主机必须有相同的网络地址；主机ID则不允许在同一网段内重复出现。

但是在寻址时并不知道哪些位代表网络ID，哪些位代表主机ID，子网掩码就是为了区分IP地址中的网络ID和主机ID的，子网掩码也同样分为网络ID和主机ID，但子网掩码中的网络ID部分全是1，用来掩盖网络ID，1的数目等于网络ID的长度，主机ID部分全是0，0的数目等于主机ID的长度，这样在寻址过程中使子网掩码与对应的IPv4地址做逻辑与运算时用0部分遮住IPv4中的主机ID部分，就可以确定对应的IPv4所在的网络了

IP首部

最高位在左边，使用版本来区分ipv4还是ipv6，ipv4是32位的

路由

路由是指将分组数据发送到最终目标地址的功能。跳是网络中的一个区间，一跳是指利用数据链路层以下分层的功能传输数据帧的一个区间，IP包是在网络中一个跳间被转发，因此IP路由也被称为多跳路由，在每一个区间内决定着包在下一跳被转发的路径

IP路由是按照走一步看一步的流程来的，当IP包到达路由器时，路由器会查找其目标地址，然后决定下一步应该将这个包发往哪个路由器，反复多次，直到找到最终的目标地址将数据包发送给这个节点

路由控制表

为了将数据包发给目标主机，所有的主机都维护着一张路由控制表，该表记录IP数据在下一步应该发给哪个路由器，会根据这个路由表在各个数据链路上传输

分包和组包

对于不同的数据链路，其允许的最大传输单位MTU是不同的，为了解决这个问题，IP进行分片处理，将较大的IP包分为多个小的IP包，分片的包到了对端目标地址后会被组合起来传给上一层，这样就可以忽略掉数据包在途中的各个数据链路上的MTU，只需要按照发送的长度接收数据包就可以了