第三章 IP：网际协议
1.引言
IP提供的是不可靠，无连接的数据报传递服务。
不可靠是说它不能保证IP数据报能成功地到达目的地，它仅提供最好的传输服务。可靠性必须由上层来提供。
无连接则是说IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息，每个数据报都是独立的。所以IP数据报可以不按序接收，每个数据报独立地进行路由。
2.IP首部
IP数据报格式：
普通的IP首部为20字节.除非包含选项字段。
网络字节序,也被称为big endian字节序。TCP/IP首部中的所有二进制整数在网络中传输都要求这种字节序——4个字节的32bit值的传输顺序：0~7bit，8~15bit，16~23bit，24~31bit。
版本目前大部分为4，也称为IPV4。
首部长度指首部占32 bit的数目，因此IP首部最长为60 Byte,且为4 Byte的倍数。
比如：首部为20 Byte，则首部长度为5。（所以一般情况下这个字段值是5）
服务类型(TOS)字段包括一个3bit的优先权子字段(现在已被忽略),4 bit的TOS子字段和1 bit未用位但必须置0，4 bit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。
总长度字段指整个数据报的长度，以Byte为单位。该字段16 bit,所以IP数据报的最大长度可达65535 Byte。
标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据，标志位和片偏移字段与分片重组有关。
TTL(time-to-live)生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。
协议字段表示那个协议向IP传送数据报.1为ICMP协议,2为IGMP协议,6为TCP协议,17为UDP协议。
首部检验和字段是根据【IP首部】计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。
××计算方法：首先，检验和字段置0，然后对首部的每个16bit进行二进制反码求和，结果存在检验和字段中。当收到一份IP数据报时，同样对首部中每个16bit进行二进制反码求和（此时检验和字段不是0了，它已经计算过并存入首部），因此，如果没有差错，接收方计算结果应该是全1。如果不是全1，IP就丢弃该数据报，但不生成差错报文，而是由上层去发现丢失的数据报并要求重传。
选项字段是一个可变长的可选信息，但必须为32 bit的倍数(首部长度字段所要求)。
IP地址为32 bit。
3.IP路由选择
简单的IP路由选择机制：如果源和目的直接相连或者在同一个共享网络中，则直接发送到目标主机，否则发到默认的路由器，由路由器进行转发。
一般情况下,IP可以从TCP,UDP,ICMP和IGMP接收数据报(即本地生成的数据)并进行发送,或者从其他接口接收数据(待转发的数据)进行转发或接收。
IP层在内存中有一个路由表，每收到一份数据报，它都会对该表进行一次搜索。当数据报来自某个接口时:
(1)IP首先判断IP地址是否为本地地址或者广播地址,如果是就送到首部协议段所指定的协议模块进行处理；
(2)如果不满足,且IP层设置为了路由功能,那么就对数据进行转发,否则数据报被丢弃；
【IP并不知道到达目的地的完整路径，它提供下一站路由器的IP地址】！
IP路由选择顺序:
(1)搜索路由表,寻找与目地IP完全匹配的表目；(网络号和主机号)
(2)搜索路由表,寻找与目地IP网络号相同的表目；
(3)搜索路由表,寻找默认(default)表目。
以上3步依次执行,成功即跳出,如果都不成功,该数据报就不能被转发。
××为一个网络指定一个路由器，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。
××在路由传输过程中，数据报的目的IP地址始终不变（所有路由决策都是基于这个地址的！），而链路层的目的地址（如果有的话）始终指的是下一站的链路层地址。
4.子网寻址
前面我们讲过，IP可以分为网络号和主机号，进一步的，我们可以对主机号进行划分，得到子网号和新的主机号，这样子，就可以把我们的网络进一步划分为更小的网络了。
子网对外部路由器来说隐藏了内部网络组织。
子网的划分缩小了路由表的规模，使得许多网络通过单个表目九可以访问了。
5.子网掩码
子网掩码是一个32bit的值，其中值为1的比特留给网络号和子网号，为0的比特留给主机号。
子网的划分，实际上就是设计子网掩码的过程。
子网掩码主要是用来区分IP地址中的网络ID和主机ID，它用来屏蔽IP地址的一部分，从IP地址中分离出网络ID和主机ID。
通过将IP地址与子网掩码进行”与”逻辑操作，得出网络号。
例如，假设IP地址为192.160.4.1，子网掩码为255.255.255.0，则网络ID为192.160.4.0，主机ID为0.0.0.1。计算机网络ID的不同，则说明他们不在同一个物理子网内，需通过路由器转发才能进行数据交换。
每类地址具有默认的子网掩码：A类为255.0.0.0，B类为255.255.0.0，C类为255.255.255.0。
除了使用上述的表示方法之外，还有使用子网掩码中”1”的位数来表示的，在默认情况下，A类地址为8位，B类地址为16位，C类地址为24位。例如，A类的某个地址为 12.10.10.3/8，这里的最后一个”8”说明该地址的子网掩码中的”1”有8位，即255.0.0.0，而199.42.26.0/28表示网络199.42.26.0的子网掩码中“1”的位数有28位。
如果希望在一个网络中建立子网，就要在这个默认的子网掩码中加入一些位，它减少了用于主机地址的位数。加入到掩码中的位数决定了可以配置的子网。因而，在一个划分了子网的网络中，每个地址包含一个网络号、一个子网号和一个主机号。
给定IP地址和子网掩码，我们就可以确定IP数据报的目的是：
1.本子网上的主机；
2.本网络中其他子网的主机；
3.其他网络上的主机。
（从IP地址的高位，我们可以知道网络号和子网号的分界，从子网掩码，我们可以知道子网号和主机号的分界）
子网划分的好处：
1.广播只能在子网中传播，而常常接受者只有一台主机，如果网络太大，消耗很大，而子网划分可以减少这个消耗。
2.虽然划分子网后，可用ip减少了（因为对于每个子网，都要占用本机地址和广播地址），但是对于小型网络来说，划分子网后可节省大量IP地址资源。因为几个小网络可以共用一个大的网络地址范围，而且同样可以取到隔离的作用。如果没有子网划分的功能，那么可能我们需要取几个C类的网段，但是每个网段却只用了及其少一部分，从而造成浪费。
3.不同子网间是不能直接通信的，这提高了安全性，便于管理。
6.ifconfig命令
这个命令可以查询主机上的每个接口，包含了大量的信息，比如inet地址，硬件地址，掩码，MTU等等。
7.netstat命令
netstat命令也提供系统伤的接口信息，-i参数将打印出接口信息，-n参数则打印出IP地址而不是主机名字。
此外，它还有很多其他功能，此处暂不讨论。
8.IP分类
A类
1.0.0.0 到126.0.0.0
0.0.0.0 和127.0.0.0保留
B类
128.1.0.0到191.254.0.0
128.0.0.0和191.255.0.0保留
C类
192.0.1.0 到223.255.254.0
192.0.0.0和223.255.255.0保留
D类
224.0.0.0到239.255.255.255用于多点广播
E类
240.0.0.0到255.255.255.254保留
255.255.255.255用于广播
9.CIDR（Classless Interdomain Routing）
CIDR为无类别的域间路由选择，是一种为解决地址耗尽而提出的一种措施。
基本思想：适当分配多个合适的IP地址，使得这些地址能够进行聚合，减少这些地址在路由表中的表项数。如，给某个网络分配16个C类地址，采用适当的方法分配这些地址，使得16个地址能够聚合成一个地址。
“无分类”指不考虑IP地址所属的类别，路由的策略完全基于整个32bit IP地址的掩码来操作。