第3章 IP：网际协议
3.1 引言
IP是TCP/IP协议族中最核心的协议。
- 不可靠：不保证数据报到达，错误时发送ICMP
- 无连接：不维护状态信息，数据报独立处理
3.2 IP首部
普通IP首部20字节（无选项），最大60字节。
IP首部字段
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| 版本 | 4bit | 当前为4（IPv4） |
| 首部长度 | 4bit | 以4字节为单位，最大60字节 |
| 服务类型（TOS） | 8bit | 优先权、时延、吞吐量、可靠性 |
| 总长度 | 16bit | 整个数据报长度，最大65535字节 |
| 标识 | 16bit | 唯一标识数据报 |
| 标志 | 3bit | DF（不分片）、MF（更多分片） |
| 片偏移 | 13bit | 分片位置（8字节为单位） |
| TTL | 8bit | 生存时间，每跳减1 |
| 协议 | 8bit | 上层协议（1=ICMP,6=TCP,17=UDP） |
| 检验和 | 16bit | 仅覆盖IP首部 |
| 源IP地址 | 32bit | - |
| 目的IP地址 | 32bit | - |
| 选项 | 可变 | 记录路由、时间戳、源站选路等 |
TOS推荐值
| 应用 | TOS值 |
|---|---|
| Telnet/Rlogin | 0x10（最小时延） |
| FTP数据 | 0x08（最大吞吐量） |
| TFTP | 0x10 |
| SMTP命令 | 0x10 |
| DNS查询 | 0x10 |
3.3 IP路由选择
路由表搜索顺序
- 匹配主机地址（完整匹配）
- 匹配网络地址
- 匹配默认路由
路由表项内容
- 目的IP地址（主机或网络）
- 下一跳路由器IP地址
- 标志（G=网关，H=主机）
- 网络接口
3.4 子网寻址
- 将主机号分为子网号和主机号
- 减少路由表规模
- 子网对外部路由器透明
B类地址子网划分示例
140.252.13.33 网络号：140.252（16bit） 子网号：13（8bit） 主机号：33（8bit）
3.5 子网掩码
32bit值，1表示网络/子网部分，0表示主机部分。
示例：
- 255.255.255.0（8bit子网号）
- 255.255.224.0（11bit子网号）
3.6 特殊情况的IP地址
| 地址 | 描述 |
|---|---|
| 0.0.0.0 | 网络上的主机（源地址） |
| 127.x.x.x | 环回地址 |
| 255.255.255.255 | 受限广播 |
| netid.255.255.255 | 指向网络的广播 |
| netid.subnetid.255 | 指向子网的广播 |
3.7 一个子网的例子
变长子网：140.252.13.0/27
- 掩码：255.255.255.224
- 子网号：11bit
- 主机号：5bit
3.8 ifconfig命令
查看接口配置：
ifconfig -a
输出示例
le0: flags=63<UP,BROADCAST,RUNNING>
inet 140.252.13.33 netmask ffffffe0 broadcast 140.252.13.63
3.9 netstat命令
查看接口信息：
bash
netstat -in
输出字段：MTU、Ipkts、Ierrs、Opkts、Oerrs、Collis
3.10 IP的未来
IP的三个问题
B类地址即将耗尽
32bit地址不够用
路由表规模增长
解决方案
CIDR（无类型域间选路）：短期方案
IPv6（下一代IP）：长期方案
IPv6候选方案
SIP（64bit地址）
PIP（可变长地址）
TUBA（基于OSI CLNP）
TP/IX（64bit地址，修改TCP/UDP）
3.11 小结
IP提供不可靠、无连接服务。路由选择按主机→网络→默认顺序。子网划分减少路由表规模。