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，它在源地址和目的地址之前传送一种称之为数据报的东西，它还提供对数据大小的重新组装功能，以适应不同网络对包大小的要求。

1.2. 范围

IP的责任就是把数据从源传送到目的地。它不负责保证传送可靠性，流控制，包顺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的主机。例如TCP可以调用IP协议，在调用时传送目的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实现两个基本功能：寻址和分段。IP可以根据数据报报头中包括的目的地址将数据报传送到目的地址，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能。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模块中包括这些基本功能，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能。对IP来说，数据报之间没有什么联系，对IP不好说什么连接或逻辑链路。

IP使用四个关键技术提供服务：服务类型，生存时间，选项和报头校验码。服务类型指希望得到的服务质量。服务类型是一个参数集，这此参数是Internet 能够提供服务的代表。这种服务类型由网关使用，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，由经过路由的地方处理。如果未到达时生存时间为零，抛弃此数据报。对于控制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。选项包括时间戳，安全和特殊路由。报头校验码保证数据的正确传输。如果校验出错，抛弃整个数据报。

IP不提供可靠的传输服务，它不提供端到端的或（路由）结点到（路由）结点的确认，对数据没有差错控制，它只使用报头的校验码，它不提供重发和流量控制。如果出错可以通过ICMP报告，ICMP在IP模块中实现。

2. 总览

2.1. 与其它协议的联系

下图显示了IP协议在协议体系中的位置。

IP上下有两个接口，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。传送进程调用本地IP模块传送数据，同时传送目的地址和其它参数作为调用参数。IP 层准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。本地网络接口创建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到达网关后，本地网络接口去掉这个头，将结果传送给（网关上的）IP模块。这个IP模块决定决定目的主要的本地网络地址，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建一个本地网络头加在数据报上，将数据报传送到目的主机。在目的主机上，本地网络接口去掉数据报上的本地网络头，将结果交给IP模块。IP模块决定数据报应该把数据报向哪一个应用程序传送，系统会发出系统调用，IP模块返回源地址和其它参数。

2.3. 功能描述

IP的功能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模块间传送直到目的模块来达到目的。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的地址。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，地址和路由是有区别的，名字是我们要找的，地址指出这个名字在什么地方，路由解决如何到那里的问题。IP主要处理地址的问题。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位表示网络号，其它的24位表示本地地址；B类前两位为10，后14位表示网络地址，其它16位表示本地地址；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，有些主机可能使用几个不同的IP地址（我们可以把本地网络地址理解为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能是必须的。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的地，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，这种方法也可以使用。

本地网分段和重组把重组的各段加上标记，接收方使用这些标记使不同的段区别开来。段偏移量域告诉接收方应该把这一段放在什么地方，多段标记指示最后一个段，利用不同的域完全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，第二段不一定是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，多段标记等于原来数据报内的值，段偏移量等于原数据报中的值加上NFB。上述过程可以从2扩展至N的情况。

对段的重组要求以下四个域有相同的值：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控制信息。网关中的高层协议根本不用实现，GGP的功能可以在IP 模块内实现。

3. 说明

3.1. Internet包头格式

包头格式如下：