Internet的网际协议－IPv4与IPv6

一、IP协议
Internet的网际协议IP（Internet protocol）：是为网际互连而设计的，提供一种从源端到目的端传输数据报的最佳尝试方法，将一组物理上互相连接的子网或自治系统AS（autonomous system）在逻辑上连到一起，从传输层取得数据流并将其分成数据报。
数据报：理论上，每个数据报可以长达64KB，但实际上它们往往只有1500字节左右，每个数据报经过因特网传输并拆分，最终在目的地重装。
IPv4数据报组成：由头部和正文部分构成。
IPv4数据报头部：由20字节的固定长度和可变长度的选项部分组成，以大端点机次序传送，从左到右，版本字段的高位字节先传。
头部格式如下页图示
IPv4头部的组成

版本（Version）:占4bit，记录数据报属于那个版本的协议,通过版本字段，可以长期在不同版本间传输数据。
IHL：占4bit，用来说明头部的长度，默认的最小值为5个单位(一个单位为4个字节)，可表示的最大数值是15个单位，因此IP的头部长度的最大值是60字节，可选字段最多只能为40字节。
当IP分组的头部长度不是4字节的整数倍时，用0加以填充，从而保证数据部分始终在4字节的整数倍时开始。
服务类型：占8bit，是主机可以告诉子网所需的各种可靠性和速度的组合服务，包含1个3比特的优先级字段，从0（一版）到7（网络控制分组）；3个标志位D、T和R，说明主机最关心组合{延迟，吞吐量，可靠性}中的哪一项。
C比特：是新增加的，表示要求选择费用更低廉的线路，
最后一个比特未用。
总长：占16bit，是头部和数据之和的长度，单位为字节。
数据报的最大长度为65535字节。
当很长的数据报要分片传送时，“总长”不是指未分片前的数据报长度，而是指分片后每片的头部长度与数据长度的总和。
标识：占16bit，使分片后的各数据报片最后能准确地重装成为原来的数据报。
注意：这里的“标识”并不代表顺序号，因为IP是无连接的服务，数据报不存在按序接收的问题，而是让目的主机判断新来的分片属于哪个分组，所有属于同一分组的分片包含同样的标识值。
标志：占3bit
当DF=0时允许分片；当DF=1时不要分片，此时命令路由器不要将数据报分片，因为目的端不能重组分片。
通过标志数据报的DF位，发送者可知道分组是否应该完整地到达，每个机器都要能接收576字节或更少的分段。
MF=1表示后面还有分片的数据报，MF=0表示这已是最后一个数据报片。
片偏移：占13bit，表示较长的分组在分片后，某个分片在原分组中的相对位置。
以8字节为一个偏移单位；每个数据报最多由213即8192个分片组成；这样的数据报长度是65536字节，比总长字段提供的最大值还大。
生命期：占8bit，是一个用来限制分组生命周期的计数器。
建议值为32秒，最长生命期时255秒。
必须在每个节点中都递减，而且当在一个路由器中排队时间过长时，可以以倍数递减。
实际上只以节点计数，当它减到零时，该分组就要丢弃，并向源主机发送一个警告分组，这一特性能防止数据报在网中无限制地漫游。
协议：占8bit，指出数据报携带的传输层数据所使用的协议，以便目的主机的IP层知道应将此数据报上交给哪个进程。
常用的协议字段值：
UDP（17bit）
TCP（6bit）
ICMPP（1bit）
CGP（3bit）
EGP（8bit）
IGP（9bit）
OSPF（89bit）
TP4（29 bit）
头校验和：占8bit，只检验数据报的头部，不包括数据部分，数据报每经过一个节点，节点处理机都要重新计算一下头校验和，如果校验出错，便将此数据报丢弃。
源地址和目标地址:各占32bit，指明了网络号和主机号。
可选字段的五个可选项：
安全性：指明数据报的机密程度；
严格源站路由选择：给出后跟的完整路由；
非严格源站路由选择：给出一个不能漏掉的路由器列表；
记录路由：使每个路由器都附上它的IP地址；
时间标记：使每个路由器都附上它的IP地址和时间标记。 选项：允许后续版本的协议中引入最初版本中没有的信息，让试验者进行新的尝试，避免为很少使用的信息分配头部位。
可选项是变长的，每个可选项以一个字节表明内容。
有些可选项有一字节的可选项长度字段，其后是一个或多个数据字节，可选项字节字段的长度以4字节计。
二、IPv4地址
因特网上的每台主机和路由器都有一个32位的全球唯一的IPv4地址，包括网络号和主机号，用于IP分组的源地址和目标地址字段。
连接于多个网络的机器在各个网络上有不同的IP地址。

A类地址允许有126个含1600万主机的网络；B类地址允许有16382个含64K主机的网络；C类地址最多允许有200万个含254个主机的网络(例如LAN)；D类地址用于多点播送，数据报可以直接发往多个多点播送主机；E类地址保留未用。
带点十进制标记法：将32位的网络地址每字节以十进制记录，从0到255。
例如，十六进制地址C0290614被记为192.41.6.20。
最低的组地址为0.0.0.0.1，最高为255.255.255.255。
IPv4的一些特殊地址
IP地址0.0.0.0用于启动以后不再使用的主机；
以0作为网络号的IP地址代表当前网络；
全部由1组成的地址代表内部网络上的广播，通常是一个LAN；
有正确的网络号、主机号全为1的地址, 向因特网上远程LAN发送广播分组；
所有形如127.xx.yy.zz的地址都保留做回路测试,也为网络软件查错。

路由器对IP分组的处理
路由器接收从网络上发送来的数据分组，检查其数据报分组中的目的地址；
根据这个地址和路由表中的设定为数据报选择相应的下一跳地址；
路由表中的每一项指定了一个目的地和为到达该目的地所要经过的下一跳。

R₂路由表