1. IP 协议栈概述

  • 无连接协议
  • 尽力而为的逐跳转发
  • 结构化的编址，用于「寻址和转发」
  • 包含 IPv4 和 IPv6
  • 包含 TCP 和 UDP
  • IP 报文允许被分片

    2. IPv4 地址

  • IPv4 地址由网络位和主机位组成，子网掩码用于区分网络位、主机位和网络范围（网段）
    • 一个支持3层协议的设备上，多个接口的网络地址是不可以互相覆盖的
    • /32地址为通常为主机路由，可以用在环回接口
    • /31地址只能在 P2P 链路上
  • 「网关」用于设备转发数据到其他网络时，使用的下一跳转发地址（等同于默认路由）
  • 点到点链路、隧道链路上可以借用地址
  • 可变长子网掩码（VLSM）：允许使用多个子网掩码划分子网
  • 无类域间路由（CIDR）：用来消除常规地址分类和子网划分的界限，支持路由汇总，减少掩码长度
    • 子网：网络位借用主机位，增加掩码长度
    • 汇总：将路由表条目数变少，便于查找，减少掩码长度
  • 主类IPv4地址
    • Class A：0.0.0.0~126.255.255.255，默认掩码/8（255.0.0.0）
    • Class B：128.0.0.0~191.255.255.255，默认掩码/16（255.255.0.0）
    • Class C：192.0.0.0~223.255.255.255，默认掩码/24（255.255.255.0）
    • Class D：224.0.0.0~239.255.255.255，组播地址，只能作为目的 IP 出现
    • Class E：240.0.0.0~255.255.255.255，保留地址
  • 私有IPv4地址
    • 10.0.0.0/8 ~ 10.255.255.255/8
    • 172.16.0.0/16 ~ 172.31.255.255/16
    • 192.168.0.0/24 ~ 192.168.255.255/24
  • 特殊IPv4地址
    • 127.0.0.0/8（环回测试地址）
    • 255.255.255.255（全网广播地址）
    • 0.0.0.0（所有网络地址，DHCP Client 没有地址时的特殊地址）
      • 例如：192.168.1.0/24（网络地址）
      • 例如：192.168.1.255/24（定向广播地址）
  • 组播IPv4地址
    • 协议组播： 224.0.0.0 - 224.0.0.255
    • 全球组播： 224.0.1.0 - 238.255.255.255
    • 本地组播： 239.0.0.0 - 239.255.255.255

      3. IP Header Message

标准 IP Message Header 为：20Byte；如果有可选项 IP Message Header 为：60Byte

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  • IP Header Message 字段解释
    • Version：版本
    • IHL：IP Header 长度
    • Type of Service：服务类型，差分服务 QoS（默认0）
    • Total Length：包总长度。IP Header 长度 + 上层协议 Header 长度 + 数据
    • Identification：ID。在分片后标识同一个报文
    • Flags：分片标识（在特定应用中不允许分片，则需要考虑调整「MTU 值或 MSS（最大段尺寸）」）
      • DF = 0：允许分片（默认）
      • DF = 1：不允许分片
      • MF = 0：最后一个分片（默认）
      • MF = 1：还有更多分片
    • Fragment Offset：分片偏移。于第1个包中的数据大小作为参考，判断偏移量（以指数增长）
    • Time to Live：生存时间（TTL，范围0~255，默认255），每经过一个网络 TTL - 1，TTL=0 时丢弃报文。用来防环
    • Protocol：协议。表示上层承载的什么协议
    • Header Checksum：IP Header 校验和
    • Source Address：源 IP 地址
    • Destination Address：目的 IP 地址
    • Option：可选项
    • Padding：垫片（有可选项时使用，将 Header 不足的部分填充为60Byte）