2. IP 数据报

1. IP 数据报格式

1.1 TCP/IP 协议栈

1.2 IP 数据报格式

首部细节

版本：占 4 位，指 IP 协议的版本。（IPv4/IPv6）

首部长度：占 4 位，单位是 4B，最小为 5（因为首部固定部分 20B，5 * 4B = 20B），最大为 15（15 * 4B = 60B）

区分服务：占 8 位，用来获取更好的服务（如：优先级），但实际上一直没有用过

总长度：占 16 位，首部 + 数据部分的总长度，单位是 1B，因此数据报的总长度为 $2^{16} - 1 = 65535 B$

生存时间（TTL）：占 8 位，IP 分组的保质期，经过一个路由器就 -1，变为 0 则丢弃

协议：占 8 位，数据部分的协议，即传输层使用的是什么协议

协议名	ICMP	IGMP	TCP	EGP	IGP	UDP	IPv6	ESP	OSPF
字段值	1	2	6	8	9	17	41	50	89

首部检验和：占 16 位，只检验数据报的首部，但不包含数据部分。每经过一个路由器，都会重新计算一下首部检验和。

源地址：占 32 位

目的地址：占 32 位

可选字段：占 0 ~ 40 位，用来支持排错、测量以及安全措施

填充：全 0，把首部长度补成 4B 的整数倍

1.3 IP 数据报分片

最大传输单元MTU：数据链路层帧可封装数据的上限，以太网的MTU是1500字节。

标识：占 16 位，同一数据报的分片使用同一标识

标志：占 3 位，只有两位有意义 x _ _

中间位 DF（Don't Fragment）
- DF = 1，禁止分片
- DF = 0，允许分片
最低位 MF（More Fragment）
- MF = 1，后面还有分片
- MF = 0，代表最后一片 / 没分片

片偏移：指出较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置。（以 8B 为单位）

除了最后一片，每个分片长度一定是 8B 的整数倍

2. IPv4 地址

IP 地址是唯一标识一个计算机的地址

2.1 IP 编址的历史阶段

分类的 IP 地址
子网的划分
构成超网（无分类编址方式）

2.2 分类的 IP 地址

IP 地址：全世界唯一的 32 为 / 4 字节 标识符，标识路由器主机的接口

IP 地址 ::= {<网络号>，<主机号>}

2.3 互联网中的 IP 地址

2.4 IP 地址的分类

2.5 特殊 IP 地址

2.6 私有 IP 地址

2.7 IP 地址的范围

对于 A 类地址，0.0.0.0 和 127.0.0.0 不能用作网络号

对于 B 类地址，128.0.0.0 不能作为网络号

对于 C 类地址，192.0.0.0 不能作为网络号

3. 网络地址转换（NAT）

对于私有IP地址是不能在网络上传输的，需要通过 NAT技术来实现私网IP和公网通信的功能。

网络地址转换 NAT（Network Address Translation）：在专用网连接到因特网的路由器上安装 NAT 软件，安装了 NAT 软件的路由器交NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球 IP地址。

4. 子网划分 & 子网掩码

4.1 分类 IP 地址的弱点

IP 地址空间的利用率有时很低
两级 IP 地址不够灵活

4.2 子网划分

子网划分就是把一部分用来表示主机号的位数来表示网络号，用子网掩码区分。

4.3 子网掩码

4.4 使用子网时分组的转发

路由表中存储的信息：

目的网络地址
目的网络子网掩码
下一跳网址

路由器转发分组的算法：

提取目的 IP地址
是否直接交付
特定主机交付
检测路由表中有无路径
默认路由 0.0.0.0
丢弃，报告转发分组出错（TTL 为 0）

5. 无分类编址 CIDR

消除了传统他的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念

CIDR 记法：IP 地址后加上 /，然后写上网络前缀（可以是任意长度）的位数。e.g. 128.14.32.0/20
融合子网地址与子网掩码，方便子网划分
CIDR 把网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成一个 CIDR地址块