1、IP協議概述
IP是TCP/IP協議中最爲核心的協議，所有的tcp、udp、icmp、igmp等都是以IP數據報格式傳輸的，但它提供的是不可靠、無連接的數據包傳輸服務。
- 不可靠表示它不能保證IP數據包能成功的到達目的地
- 無連接 表示ip並不維護任何關於後續數據報的狀態信息，每個數據報的處理是相互獨立的。
普通的IP首部長爲20個字節，除非含有選項字段。
2、IPv4首部結構
（1）版本號：佔4位，就是IP協議的版本，通信雙方的IP協議版本必須要達到一致，IPv4的版本就是4。
（2）首部長度：佔四位，因爲長度爲四比特，所以首部長度的最大值爲1111，15，又因爲首部長度代表的單位長度爲32個字（也就是4個字節），所以首部長度的最小值就是0101，當然，也確實如此，大部分的ip頭部中首部字節都是0101.也就是5*4=20個字節，如果是最大值15的話，ip首部的最大值就是60個字節。所以，ipv4首部長度的最大值就是60。
（3）服務類型(Type Of Service，TOS)：3位優先權字段（現已被忽略）+4位TOS字段+1位保留字段（須爲0）。4位TOS字段分別表示最小延時、最大吞吐量、最高可靠性、最小費用，其中最多有一個置爲1。應用程序根據實際需要來設置 TOS值，如ssh和telnet這樣的登錄程序需要的是最小延時的服務，文件傳輸ftp需要的是最大吞吐量的服務。
（4）總長度：指整個IP數據報的長度（即：IP數據報中首部和數據的總和的長度），佔16位，單位爲字節，故IP數據報的最大長度爲65535字節（2的16次方）。由於MTU的限制，長度超過MTU的數據報都將被分片傳輸，所以實際傳輸的IP分片數據報的長度遠遠沒有達到最大值。
下來的3個字段則描述如何實現分片：
（5）標識：唯一地標識主機發送的每一個數據報，其初始值是隨機的，每發送一個數據報其值就加1。同一個數據報的所有分片都具有相同的標識值。
（6）標誌：位1保留，位2表禁止分片(DF)，若設置了此位，IP模塊將不對數據報進行分片，在此情況下若IP數據報超過MTU，IP模塊將丟棄數據報並返回一個ICMP差錯報文；位3標識分片(MF)，表示後面還有若干個數據報，除了數據報的最後一個分片，其他分片都要把它設置爲1。
（7）片偏移：分片相對原始IP數據報數據部分的偏移。實際的偏移值爲該值左移3位後得到的，所以除了最後一個IP數據報分片外，每個IP分片的數據部分的長度都必須是8的整數倍。
（8）生成時間TTL：數據報到達目的地之前允許經過的路由器跳數。TTL值被髮送端設置，常設置爲64。數據報在轉發過程中每經過一個路由該值就被路由器減1.當TTL值爲0時，路由器就將該數據包丟棄，並向源端發送一個ICMP差錯報文。TTL可以防止數據報陷入路由循環。
（9）協議：區分IP協議上的上層協議。在Linux系統的/etc/protocols文件中定義了所有上層協議對應的協議字段，ICMP爲1，TCP爲6，UDP爲17。
（10）頭部校驗和： 由發送端填充接收端對其使用CRC算法校驗，檢查IP數據報頭部在傳輸過程中是否損壞.。計算方式如下：
在發送端的時候，將校驗和全部設置爲0，然後把數據報首段數據全部進行反碼相加，得到的值爲校驗和，放入首部的校驗和字段；然後在接收端的時候，將數據報首段數據和校驗和一起全部反碼相加，最後若是得到零，則保留，若不是零，則說明數據報在傳輸過程中發生了改變，則丟棄該數據報。
（11）IP源地址：佔32位，將IP地址看作是32位數值則需要將網絡字節順序轉化位主機字節順序。轉化的方法是：將每4個字節首尾互換，將2、3字節互換。
（12）目的地址：也佔32位，轉換方法和來源IP地址一樣。
（13）選項：可變長的可選信息，最多包含40字節。選項字段很少被使用。可用的IP可選項有：
a. 記錄路由: 記錄數據包途徑的所有路由的IP，這樣可以追蹤數據包的傳遞路徑
b. 時間戳: 記錄每個路由器數據報被轉發的時間或者時間與IP地址對，這樣就可以測量途徑路由之間數據報的傳輸的時間
c. 鬆散路由選擇: 指定路由器的IP地址列表數據發送過程中必須經過所有的路由器
d. 嚴格路由選擇: 數據包只能經過被指定的IP地址列表的路由器
e. 上層協議(如TCP/UDP)的頭部信息
在IP協議中，IP協議是面向非連接的，所謂的非連接就是在數據的傳遞過程中，不需要檢測網絡是否連通，所以是不可靠的數據報協議。IP協議主要用於在主機之間的尋址和選擇數據包路由。
3、IPv6首部結構
與IPv4相比，IPv6的頭部做了如下修改：
（1）取消了首部長度，因爲IPv6的首部長度是固定的40個字節。
（2）取消了服務類型 ，因爲流標號和優先級結合起來實現了服務類型的功能。
（3）取消了總長度字段，改用爲有效載荷長度，有效載荷長度就是後面的擴展首部加上數據報中的數據。
（4）取消了標識，標誌和片偏移，因爲這些功能都包含在了擴展首部裏面。
（5）取消了協議字段，改用爲下一個首部，功能不變，這樣更容易理解。
（6）取消了生存時間TTL，改用爲最大跳轉數，功能不變。
（7）取消了首部效驗和，這樣加快了路由器對數據報的處理速度，在數據鏈路層中，當我們發現有差錯的幀就會拋棄，在運輸層中，在udp中，當發現有差錯就會拋棄，在tcp中，當發現有差錯就會重傳，直到傳送到目的進程爲止。因此在網路層的檢測就可以精簡掉。
（8）取消了選項字段，功能歸併在了擴展首部上。
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