因特网协议

网络之间互连的协议

IP是英文Internet Protocol的缩写，意思是“网络之间互连的协议”，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。

简介

任何厂家生产的计算机系统，只要遵守 IP协议就可以与因特网互连互通。正是因为有了IP协议，因特网才得以迅速发展成为世界上最大的、开放的计算机通信网络。因此，IP协议也可以叫做“因特网协议”。通俗的讲：IP地址也可以称为互联网地址或Internet地址。是用来唯一标识互联网上计算机的逻辑地址。每台连网计算机都依靠IP地址来标识自己。就很类似于我们的电话号码样的。通过电话号码来找到相应的使用电话的客户的实际地址。全世界的电话号码都是唯一的。IP地址也是一样。

网络协议（IP）是网络上信息从一台计算机传递给另一台计算机的方法或者协议。网络上每台计算机（主机）至少具有一个IP地址将其与网络上其他计算机区别开。当你发送或者接受信息时（例如，一个电子邮件信息或一个网页），信息被分成几个小块，称为信息包。每个信息包都包含了发送者和接受者的网络地址。网关计算机读到了目的地址，信息包继续向前到下一个邻近的网关照例读到目的地址，如此一直向前通过网络，直到一个网关确认这个信息包属于其最紧邻或者其范围内的计算机。最终直接进入到其指定地址的计算机。　因为一个信息被分成了许多信息包，如果必要，每个信息包能够通过网络不同的路径发送。信息包能按照与它们发送时的不同顺序到达。网络协议（IP）仅仅是递送他们。另外一个协议，传输控制协议（TCP）才是能够将它们按照正确顺序组合回原样。

IP是一个无连接协议，这就意味着在通信的终点之间没有连续的线路连接。每个信息包作为一个处理过的独立的单元在网络上传输，这些单元之间没有相互的联系。（信息包能放在正确的位置上是因为TCP，明了信息中信息包顺序的面向连接协议。）在开放的系统互连（OSI）通讯模式中IP协议位于第三层——网络层。　如今最广泛应用的IP版本是IPv4。然而，IP版本6（IPv6）也已经开始使用了。IPv6为了更长的地址作准备，因此可以满足更多网络使用者的需要。IPv6包括了IPv4的功能，任何支持IPv6信息包的服务器同样也支持IPv4信息包。

功能

因特网协议(IP)用于连接多个分组交换网，可提供在具有固定地址长度的主机之间传送数据报，以及根据各个数据报大小的不同，在需要时分段和重组数据报的功能。IP仅限于将数据从源端传到目的端，而不提供可靠的传输服务。它没有端到端或节点到节点的确认、流量控制等常见的主机到主机协议的机制。在传送出错时，IP通过因特网控制消息协议(ICMP，Internet Control Message Protocol)报告，ICMP在IP模块中实现。

IP可实现寻址和分段两个基本功能。IP根据数据报头中所包含的目的地址将数据报传送到目的端，传送过程中对道路的选择称为路由。当一些网络内只能传送小数据报时，IP将数据报分段，并在报头注明。数据报也可以被标记为“不可分段”，如果一个数据报被如此标记，那么在任何情况下都不能对它进行分段。如果因此而到不了目的地，那么数据报就会在中途被抛弃。

IP通过4个关键机制来提供它的服务：服务类型、生存期、可选项和头部校验。

IP的基本操作模式如下：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，同时发送目的地址和其他参数作为调用参数，IP模块准备数据报头，并把它加在需要传送的数据之前。本地IP模块为这个目的地址决定一个本地网络地址，在这里就是网关地址。IP模块传送数据报和本地网络地址到本地网络接口。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在到达网关后，网关的本地网络接口去掉这个头，并将结果传送给其IP模块。网关的IP模块根据目的地址得知数据要被传输到另一个网络的主机去，于是它同样地为其决定一个本地网络地址，并调用到那个网络的本地网络接口上去传输数据报。

在目的主机上，本地网络接口去掉数据报上的本地网络头，将数据传给IP模块，IP模块再决定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他参数。

IP数据报的头格式

其中，版本字段记录数据报是属于哪个版本的协议，例如，可以用此字段区分出IPv4和IPv6。这个字段使得在不同版本间传递数据成为可能。

头部长度字段说明头部有多长，这个字段有4bit，最小值是5，所以头部的最大长度可以为15个单位长度(单位长度4字节)，也就是60字节，因此后面的可选字段最多为40字节。

服务质量字段用于指示当数据报在一个特定网络中传输时对实际服务质量的要求是什么。服务质量字段从左到右由一个3bit的优先顺序字段，D、T、R三个标志位和两个保留位组成。优先顺序字段用于标志数据报的优先级；D、T、R三个标志位分别代表是否对低延时(Delay)、高吞吐量(Throughput)和高可靠性(Reliability)有要求。不过实际上，现在的路由器都忽略服务质量这个字段。

总长字段是指整个数据报的长度，包括头部和数据部分，单位是1字节，最大长度可达65 535字节。任何主机都要求能接收至少576字节的数据报。

标识字段是为了便于目的主机在组装分段时判断新到的分段属于哪个分组。所有属于同一分组的分段都会包含同样的标识值。

标记字段包含3个字节，分别是保留位、不可分段(DF，Don’t Fragment)位和更多分段(MF，More Fragments)位。保留位必须为0；DF位为1时表示“该分组不能被分段”；MF位为1时代表“后面还有进一步分段”。在有分段的情况下，除了最后一个分段外的所有分段都设置MF位为1。这个字段可以用来标志是否所有分组都已到达。

分段偏移字段用于说明该分段在当前数据报的位置，单位是8个字节，第一个分段的偏移是0。

生命期字段是一个用来限制分组生命周期的计数器，单位是s，8bit字段说明最长可达255s。在实际使用中，是以经过的节点记数的，每过一个节点，计数器减一。当生命期字段减为0时，分组就要被丢弃。

协议字段告诉网络层应该将数据报传送给哪个传输进程。协议的编号在整个因特网上是通用的。

头校验和字段只对头部进行校验。由于一些头部字段始终都有变化(例如生命期字段)，因此头校验和在每个节点处都要重新计算。

源地址和目的地址字段指明了源和目的地的IP地址。

可选项字段对于主机和网关的IP模块来说，都是必须实现的。可选是指它们在特定数据报中是否出现是可选的，而不是指它们的实现。每个可选项都用第一个字节标明它的类型。目前已定义的可选项有5个，分别是安全性(指明数据报的机密程度)、严格路由选择(要求严格按照其后所列路由前进)、宽松路由选择(只需经过其后所列路由即可)、记录路由(要求所经路由器附上其IP地址)和时间戳(要求所经路由器都附上其IP地址和时间标记)。

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