TCP/TP 协议篇：IP 协议

一、概述

IP 是 TCP/IP 协议族中的核心协议，所有 TCP UDP ICMP 以及 IGMP 数据都要通过 IP 协议来传输。

IP 是一种无连接协议，不负责维护网络连接中的任何连接状态，提供尽力而为 的服务，即不保证数据能成功到达，位于网络层。

二、 IPv4 数据报

2.1 IP 数据报格式

2.2 头部解析

• 版本字段：占四位，声明当前协议是 IPv4 还是 IPv6 ，也会有其他的协议，只有这两个是常用。
• IHL 字段：头部长度 （Internet head length），说明当前数据报文头部的数据长度，单位是 4 字节，包括选项字段的长度。由于头部长度只有 4 位，所以 IPv4 报文头部最多为 (2^4-1)*4=60 个 字节。
• 服务类型字段：
  1. 优先级子字段：3 位，用户控制网络优先权。
  2. D 子字段：更低的延时服务。
  3. T 子字段：更高的吞吐率服务。
  4. R 子字段：更高的可靠性服务。
  5. C 子字段：选择代价更低的路由服务服务类型字段。
• 总长度：整个 IP 数据报的长度，包含首部和数据部分。长度共 16 位，因此总长度最长为 2^16=65535 个字节，实际中一般不会超过 1500 字节，大多被限制在 576 字节。
• 标识：当前数据包的标识，由于长度的限制，数据包通常会被分为多个不同的数据片分别发送，标识位用于标识当前片所属的数据报。
• 标志：三位，目前只有最后两位有意义。最低位记为 MF，次地位记为 DF，其中 DF 表示是否分片了，MF 表示是否为最后一片。
• 片偏移：本片在数据报中的偏移，以 8 字节为单位，标志每个数据片的序号。
• 生存时间 TTL：最早表示数据包在网络传输的最大时长，后期被修改为经过的路由跳数，每经过一个路由，跳数减一，一旦 TTL 为零则丢弃该数据包。
• 协议：指明上层协议，TCP 为 6，UDP 为 17 。
• 校验和：使用二进制反码加法对首部进行求和
• 源 IP 和目的 IP：表名源目主机地址
• 选项：用于网络测试、排错等
• 数据字段：上层协议数据

2.3 数据长度和数据分片

IP 数据传输的关键问题是对数据包的分片和重装，分片是为了适应物理网络的最大传输单元 MTU，MTU 由物理硬件决定。分片后的总长度指的是分片后的首部和数据的长度之和。

假设一个数据包为 4820 个字节，其中固定首部为 20 字节，数据部分为 4800 字节，网络最大传输长度为 1420 字节，数据分片为：

2.4 首部校验和