作用

IP协议在链路层之上，提供一个无连接，尽可能可靠的数据传输协议。

无连接指的是你不需要像打电话一样，先拨通，然后才开始通话，而是像邮寄信件一样，写上一个地址，发送出去即可。

尽可能可靠指的是发送出去的数据不一定保证会送达对方，可能由于网络问题，中间转发路由等各种原因未到达。IP 协议只是尽最大可能去传输，但是不保证。就像邮寄一样，目标搬家，信封弄丢了之类的。

IP报文头部

ver:

ip 协议使用的版本，现在都是ipv4 ，固定值为0100(这一块可能有人会有点懵，不应该是0010吗，这个就要涉及到大小端。简单来说，比如十进制，123，1是高位。但是当我们传给别人的时候，一次发一位，除了1,2,3的顺序，我们也可以发送3,2,1.前者称为为大头，高位在前。后者叫做小头，低位在前。网络传输一般都是大头) ,ipv6 的话，这个值要改。

hlen:

IP报文的头部长度，单位是4bytes,长度占4bits，最大值为15,也就是说ip头部最多占用60个字节, 其中前 20bytes 是固定的，还剩40bytes给options

TOS（type of server）

代表这个ip报文的服务类型，例如这个ip报文要最小延时传输，最大可靠传输。这个信息会影响网络router的一些处理行为，但是很多tcp/ip实现都不怎么支持这个字段。

total length

IP报文的总长度，16bits 则表示ip报文组最大为2**16-1 = 63335bytes。使用该字段和 Heln,就可以计算出实际传送的数据大小以及数据的起始位置。实际上由于mtu以及其他一些限制原因，很多在ip上层的协议都不会传输一个很大的数据量。

这个字段存在的其他意义在于很多链路层，不但有最大传输限制也有最小传输限制，但传输量不够时，链路层会在其后面增加填充字段。如果没有这个字段，可能就不知道实际的ip数据大小。

这个值也会随着分片而变化

Identificaton:

由于实际链路层的限制，ip报文在转发进一个新的链路网时，有的时候会进行分包，以符合实际物理链路的最大传输量限制。这个Identificaton 就是用来标识分片序号的，后续的flag和frag offset 也是做这个用途的。

//todo

TTL

IP报文在传输过程中会被router进行转发，为了防止被无尽转发，设置一个报文最大的转发次数。没转发一次，该值减少1 . 当这个值为1或者0 时， router 会丢弃改报文。发送一个icmp time exceed error.

protocol

整个tcp/ip 协议栈时分层的， ip协议属于运输层，protocol 表示其传输数据的上层协议是什么。和tcp,utp,icmp还是其他什么协议。分别内核进行分发处理。

checksum

该字段会对所前20bytes的首部做checksum操作,计算的结果值保存在该字段。

具体计算过程参考zhuanlan.zhihu.com/p/378533002

source ip 和 dest ip

这个没啥好讲的，就是32位的ip地址。

options

可选部分，例如可以要求每个转发的路由把自己的ip地址记录到这里。

IP 地址

IP协议通过IP地址来标识一个IP网络中的唯一网络接口（不是host，一个host可以有多个接口）。

IP互联网实际上是一个个子网络通过router互相连接起来的。每一个网络内的传输时不经过router传输到外部（此时路由器充当交换器。这一步时把目标ip和自己的ip分别和子网掩码做于，判断结果是否相等，相等是同一网络，不相同则是不同子网）。

IP 地址总共32bit二进制表示。通常每8位用.号分割。每一分割的部分用十进制表示。例如01111111.11111111.11111111.11111111就表示127.255.255.255

A,B,C三类地址

A,B,C类地址将ip地址划分为network号和host号组成。

A类地址：0XXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.前1位是网络号，后3位是主机号。可以简单计算出1.0.0.1 ~ 126.255.255.255（除去一些特殊ip后的结果）
B类地址：10XXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.前2位是网络号，后2位是主机号。128.0.0.0~191.255.255.255（除去一些特殊ip）
C类地址：110XXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.前3位是网络号，后1是主机号。192.0.0.0 ~223.255.255.255

分类是为了让网络管理更加方便，例如分配给某一个高校123.X.X.X的A类地址，在尤其内部自己分配给每个IP给具体的host， . 同时也是router的转发路由表更小。比如所有指向高校的host的路由转发记录用一条123.0.0.0/8即可，而不需要每一个host都有一份转发记录。

子网划分

A,B,C的划分要不过大，要不过小。例如一个A类地址可以有16,777,214个主机，而一个C类地址，则只有254个。(不存在主机号全为1的主机)

子网划分就是把host段再划分为子网号和主机号. 使用X.X.X.X/n，其中n表示网络号的位数。比如一个A类子网，其n=12，则表示网络号(8位)+子网号(4位)+主机号(20位)。

这样在一个大的网络段内就可以再次划分为不同的子网，更加便于管理和减少路由表记录数

子网掩码

子网掩码的作用就是判断两个ip地址是否在同一个子网内。网络位和子网位都是1，host位为0.例如刚才的X.X.X.X/12的子网掩码为11111111 11110000 00000000 00000000 ,十进制表示为255.240.0.0/12.

用子网掩码和ip地址进行&运算，如果两个ip计算后结果相等。表示在同一个网络。

特殊ip

ip	含义
1个A类地址（10.0.0.0~10.255.255.255）	私有地址
16个连续的B类地址（172.16.0.0~172.31.255.255）	私有地址
256个连续的C类地址（192.168.0.0~192.168.255.255）	私有地址
127.X.X.X	本地回环地址
主机号全为1	广播地址
主机号全为0	我也没懂。。。

IP 路由

路由器根据路由表来进行转发。路由表表项有

目的ip ,可以是具体host或者网络号。由flag来标识识别
gateway :如果目的ip还需要转发，则该ip是下一个hop的ip地址，否则表示就在路由器本身网络，表示路由器的一个网络接口地址
gen掩码:当目的ip是网络号时，该字段指定网络号的子网掩码
Flags: U表示启用，G存在表示目标ip是直接在本网络，否则在其他网络上,H表示目的ip是具体host，没有则表示是网络号。
iface: 表示从哪个网络接口转发出去

目的ip为default或者0.0.0.0表示默认转发地。

转发规则

先匹配host 目的ip,如果没找到
匹配网络目的IP，如果还没找到
默认网关