Internet协议（Internet Protocol）

Internet协议（Internet Protocol）

1. 介绍

1.1. 产生原因

IP协议是用于将多个包交换网络连接起来的，它在源地址和目标地址之前传送一种称之为数据报的东西，它还供给对数据大小的重新组装功效，以适应不同网络对包大小的恳求。

1.2. 领域

IP的责任就是把数据从源传送到目标地。它不负责保证传送可靠性，流把持，包次序和其它对于主机到主机协议来说很普通的服务。

1.3. 接口

这个协议由主机到主机协议调用，而此协议负责调用本地网络协议将数据报传送以下一个网关或目标主机。例如TCP可以调用IP协议，在调用时传送目标地址和源地址作为参数，IP形成数据报并调用本地网络（协议）接口传送数据报。

1.4. 操作

IP实现两个基础功效：寻址和分段。IP可以根据数据报报头中包含的目标地址将数据报传送到目标地址，在此过程中IP负责选择传送的道路，这种选择道路称为路由功效。如果有些网络内只能传送小数据报，IP可以将数据报重新组装并在报头域内注明。IP模块中包含这些基础功效，这些模块存在于网络中的每台主机和网关上，而且这些模块（特别在网关上）有路由选择和其它服务功效。对IP来说，数据报之间没有什么接洽，对IP不好说什么连接或逻辑链路。

IP利用四个要害技术供给服务：服务类型，生存时间，选项和报头校验码。服务类型指渴望得到的服务质量。服务类型是一个参数集，这此参数是Internet能够供给服务的代表。这种服务类型由网关利用，用于在特定的网络，或是用于下下一个要经过的网络，或是下一个要对这个数据报进行路由的网关上选择实际的传送参数。生存时间是数据报可以生存的时间上限。它由发送者设置，由经过路由的处所处理。如果未达到时生存时间为零，抛弃此数据报。对于把持函数来说选项是重要的，但对于通常的通信来说它没有存在的必要。选项包含时间戳，安全和特别路由。报头校验码保证数据的正确传输。如果校验出错，抛弃全部数据报。

IP不供给可靠的传输服务，它不供给端到端的或（路由）结点到（路由）结点的确认，对数据没有弊病把持，它只利用报头的校验码，它不供给重发和流量把持。如果出错可以通过ICMP报告，ICMP在IP模块中实现。

2. 总览

2.1. 与其它协议的接洽

下图显示了IP协议在协议系统中的地位。

IP高低有两个接口，一个是与主机与主机协议的接口，另一个是与本地网络的接口，本地网络可以是小型网络也可以大型网络，说不定的。

2.2. 操作模式

下面的例子可以看到操作的模型是什么。我们假设传输要经过中间网关。传送过程调用本地IP模块传送数据，同时传送目标地址和其它参数作为调用参数。IP层筹备数据报头并把它加在需要传送的数据之前。IP模块为这个网络地址决定一个本地网络地址，在这里就是网关地址。IP传送数据报和本地网络地址到网络接口。本地网络接口创立一个本地网络头加在数据报上，然后向本地网络发送。

加上本地网络头的数据报达到网关后，本地网络接口去掉这个头，将成果传送给（网关上的）IP模块。这个IP模块决定决定目标重要的本地网络地址，然后再如上所述的过程传送数据报到本地网络接口。这个本地网络接口创立一个本地网络头加在数据报上，将数据报传送到目标主机。在目标主机上，本地网络接口去掉数据报上的本地网络头，将成果交给IP模块。IP模块决定数据报应当把数据报向哪一个利用程序传送，系统会发出系统调用，IP模块返回源地址和其它参数。

2.3. 功效描写

IP的功效就是把数据报在互联的网络上传送，通过将数据报在一个个IP模块间传送直到目标模块来达到目标。网络中每个主机和网关上都有IP模块。数据报在一个个模块间通过路由处理网络地址传送到目标地址。因此网络地址对于IP协议十分重要。如前所述，因为各个网络上的数据报大小可能不同，因此有必要对大的数据报进行分段。

寻址

名字，地址和路由是有差别的，名字是我们要找的，地址指出这个名字在什么处所，路由解决如何到那里的问题。IP重要处理地址的问题。把名字和地址进行映射的工作由上层协议完成。IP模块将地址和本地网络地址加以映射，而将本地网络地址和路由进行映射则是低层协议的任务。

地址是32位长，由网络号和本地地址两部分构成。地址有三类：A类的最高位为0，后7位表现网络号，其它的24位表现本地地址；B类前两位为10，后14位表现网络地址，其它16位表现本地地址；C类三位为110，后21位是网络号，其它8位代表本地地址。

在将网络地址和本地网络地址进行映射时必须注意，有些主机可能利用几个不同的IP地址（我们可以把本地网络地址懂得为MAC地址）。我们必须能够处理一台主机有几个处理端口，而每个端口都有几个逻辑的IP地址。

分段

对于不同的网络，其中传送的包大小可能不一样，因此把大包分小的功效是必须的。数据报也可以被标记为“不可分段”，如果一个数据报被如何标记了，那么在任何情况下都不准对它进行分段。如果不分段到不了目标地，那就把包在半路抛弃了。在本地网内进行的重新分段和重组对IP模块是不可见的，这种方法也可以利用。

本地网分段和重组把重组的各段加上标记，吸收方利用这些标记使不同的段差别开来。段偏移量域告诉吸收方应当把这一段放在什么处所，多段标记教唆最后一个段，利用不同的域完整可以重组一个数据报。标记域是用于唯一标记数据报的，它是最初的发送方设置，而且要保证数据报在网络传输的全过程中它中唯一的。最初的发送方把多段标记设置为零，段偏移量设置为零。

我们假设IP模块把一个大数据报分为两个小的，IP模块首先取得数据报头，再分隔数据为两份，将数据报头加在两份数据上。分隔数据时以8个字节为单位，第二段不必定是8个字节，但第一个必须是。我们把第一段中的8位字节数称为段块数（NFB）。新生成的第一个数据报内是生成的第一段数据，设置多段标记为1；新生成的第二个数据报内是生成的第二段数据，多段标记等于本来数据报内的值，段偏移量等于原数据报中的值加上NFB。上述过程可以从2扩大至N的情况。

对段的重组恳求以下四个域有雷同的值：标记，源地址，目标地址和协议。将不同的数据报根据自己带的偏移量重新组合为新段，第一个段的偏移量为0，最后一个段的多段标记为0。

2.4. 网关

网关在不同网络间传送数据报，网关也实现网关到网关协议（GGP），它用于传送路由和其它把持信息。网关中的高层协议根本不用实现，GGP的功效可以在IP模块内实现。

3. 阐明

3.1. Internet包头格式

包头格式如下：

版本：4位

此域标明包头的格式。我们现在阐明的是IP版本4。

IHL：4位

Internet包头长度是以32位为单位标记的包头长度，它指向数据的开始地位，这个域的最小合法值为5。

服务类型：8位

它是一些教唆服务质量的参数，这些参数用于在特定网络教唆所需要的服务。有些网络会供给优先级服务。选择的基础原则是以下三者的衡量：低延时，高可靠和高吞吐量。

0-2: 优先级

3: 0 = 通常延时 1 = 低延时

4: 0 = 通常吞吐量 1 = 高吞吐量

5: 0 = 通常可靠性 1 = 高可靠性

6-7: 保存

优先级的阐明如下：

111 - Network Control

110 - Internetwork Control

101 - CRITIC/ECP

100 - Flash Override

011 - Flash

010 - Immediate

001 - Priority

000 - Routine

如果利用了延时（D），吞吐量（T）和可靠性（R）选项可以增长服务质量。这因各个网络不同而不同，没有通用性。除了非常特别的情况外，最多设置两个参数就够了。服务类型是用来教唆如何看待在网络中传送的数据报。网络把持优先级本来是用于一个网络中的，而实际中却利用于每个网络了。互联把持是用于网关把持的。如果只在一个网络中实现了这些参数，那个网络必须在自己的领域之内把持对它们的访问。

总长度：16位

总长度指的是数据报的长度，由字节计，包含数据和报头。容许数据报的大小为64K。这么大的数据报对大多数主机和网络来说是不实用的。但是，所有主机必须能够吸收大于576字节的数据报，无论它们是一起来，还是分段来。如果知道对方主机能够吸收大于576字节的数据报，最好在发送时不要发送小于576字节的数据报。选择576是因为576=512（数据）+64（报头）。报头最长不超过60字节，通常为20字节。

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