一、IP协议的基本概念

1、基本概念

IP协议(Internet Protocol)：网络层协议

• 传输层协议
• 网络层协议
• 链路层协议

2、IP协议可能遇到的问题

• 封包损坏
• 丢包
• 重发
• 乱序

3、网络层需要解决的3个问题

• 延迟
• 吞吐量
• 丢包率

4、IP协议的架构

IP协议目前主要有两种架构，IPv4和IPv6，IPv4是目前应用最广泛的互联网协议

二、IP协议的工作原理

• 分片(Fragmentation)
• 增加协议头(IP Header)
• 延迟、吞吐量、丢包率
• 寻址(Addressing)
• 路由(Routing)

1、分片

• 把数据切分成片
• 适配底层传输网络

2、增加协议头

• Type Of Service：服务的类型，是为了响应不同的用户诉求，用来选择延迟、吞吐量和丢包率之间的关系
• IHL(Internet Header Length)：IP协议头的大小
• Total Length：报文（封包datagram）的长度
• Identification：报文的ID，发送方分配，代表顺序
• Fragment offset：描述是否要分包(拆分)，和如何拆分。
• Time To Live：分包存活的时间
• Protocol：描述上层的协议，比如TCP=6，UDP=17
• Options：可选项
• Checksum：校验封包的正确性

3、延迟、吞吐量、丢包率

三个条件无法同时满足

• 延迟：1bit的数据从网络的1个在终端传送到另一个终端需要的时间
• 吞吐量：单位时间内可以传输的平均数据量
• 丢包率：发送出去的封包没有到达目的地的比例

4、Type of Service字段

• 低延时
• 高吞吐量
• 低丢包率
• 低成本

5、寻址

• 寻址：给一个地址，然后找到这个东西
• IPv4地址(32位)：逐级寻址

6、寻址过程

逐级找到网络，最后定义设备

7、寻址步骤

7.1、找到顶层网络

103.16.3.1 最顶层的网络号和255.0.0.0(子网掩码)做位与运算得到

103.16.3.1 & 255.0.0.0 = 103.0.0.0

7.2、找到下层网络

用IP地址和下一级的子网掩码做位与：

103.16.3.1 & 255.255.0.0 = 103.16.0.0

7.3、找到再下一级网络

使用255.255.255.0子网掩码知道下一级网络：

103.16.3.1 & 255.255.255.0 = 103.16.3.0

7.4、定位设备

在设备就在子网103.16.3.0中；最终找到的设备号是1

子网掩码不一定都是255

8、路由

• 若寻找的IP地址不在局域网中，需要路由找到去往对应网络的路径
• IP地址和子网掩码位与的过程由路由算法实现的