TCP/IP详解:Protocol 读书笔记(三)

Chapter3 IP:网际协议

IP协议

IP提供不可靠、无连接的数据报传送服务。

不可靠是指它不能保证IP数据报能成功地到达目的地。IP协议采用尽力而为的方式，但是有可能会丢失数据报。例如某个路由器的缓冲区暂时被占满，IP协议会丢弃该数据报，然后发送ICMP消息给源端。

无连接是指IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息。每个数据报的处理是相互独立的。IP数据报可以不按照发送顺序进行接收。如果同一个源端向相同的目的地址发送两个连续的数据报(先为A，然后为B)，每个数据报都是独立进行路由选择，可能选择不同的路由路线，因此B可能在A达到前先到达目的地址。

IP数据报

IP首部长为20个字节。其中比较重要的字段是TTL(time to live)生存时间字段，这个字段代表IP数据报可以经过的最多路由器数。TTL的初始值由源端主机设置(通常为32或64)，一旦经过一个处理它的路由器，TTL值就减1.当TTL=0时，IP数据报就会被丢弃，并发送ICMP报文通知源端主机。

IP路由选择

简单来说，IP从TCP、UDP、ICMP等接收数据报(即在本地生成的数据报)并进行发送，或者从一个网络接口接收数据报(待转发的数据报)并进行发送。IP层在内存中有一个路由表，当收到一份数据报并进行发送时，都要对该表搜索一次。当数据报来自某个网络接口时，IP首先检查目的IP地址是否为本机的IP地址之一或者IP广播地址。如果是，数据报被送至由IP首部协议字段所指定的协议模块进行处理。如果数据报的目的IP不是这些地址，那么如果IP层被设置为路由器的功能，那么就对IP数据报进行转发，如果没有路由器功能，则IP数据报被丢弃。

IP路由选择是逐跳进行的。IP并不知道到达任何目的地址的完整路径(除了直接与目的主机相连的)。所有的IP路由选择都只为数据报传输提供下一站路由器的IP地址。

IP路由选择主要完成以下功能：

1. 搜索路由表，寻找能与目的IP地址完全匹配的表目(网络号与主机号完全匹配)。如果匹配，则把IP数据报发送给该表目指定的下一站路由器或者直接连接的网络接口。
2. 搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的表目。如果找到，则把数据报发送给该表目指定的下一站路由器或者直连的网络接口。目的网络上的所有主机都可以通过这个表目来处理。
3. 搜索路由表，寻找标为“默认(default)”的表目。如果找到，则把数据报发送给该表目指定的下一站路由器。如果上面这些步骤均未能成功，那么该数据报则会被丢弃，无法被传送。

注意：路由表匹配优先级为完整主机地址、网络地址、默认路由。

子网掩码

我们知道，IP地址中包含网络号、主机号。但是现在所有的主机都要求支持子网编址，不能够把IP地址看成由单纯的一个网络号和一个主机号组成，而是进一步把主机号再细分为一个子网号和一个主机号。因为A类和B类地址给主机号预留了太多的空间，有些浪费，一般用不了这么多主机，所以又搞出来了子网号。

那么子网掩码的作用就是区分网络号、子网号、主机号。通过比较网络号就可以知道两台主机是否处于同一区域的网络中。子网掩码是一个32bit的值，其中值为1的bit留给网络号和子网号，为0的bit留给主机号。

给定IP地址和子网掩码后，主机就可以确定IP数据报的目的端是：(1)本子网上的主机；(2)本网络中其他子网中的主机；(3)其他网络上的主机。

根据本地IP地址，就可以判别其是否为A、B、C类地址，也就知道网络号和子网号之间的分界线。

例：

我们的主机地址是140.252.1.1，子网掩码是255.255.255.0

• 如果目的IP地址是140.252.4.5。此时将IP地址和子网掩码转为二进制，做位与计算，然后再转化为十进制数，我们可以得知源端与目的端的网络号(140.252)是相同的，但是子网号(1和4)不同。
• 如果目的IP地址是140.252.1.22，那么网络号相同，子网号也相同，但是主机号不同。
• 如果目的IP地址是192.43.235.6，那么网络号不同。

本章的重点就是学习IP路由选择，但是书中讲解不够透彻，详细。后面会单独出两篇笔记理解一下IP路由选择与路由表。