1、IP协议概述

       IP是TCP/IP协议中最为核心的协议，所有的tcp、udp、icmp、igmp等都是以IP数据报格式传输的，但它提供的是不可靠、无连接的数据包传输服务。

• 不可靠表示它不能保证IP数据包能成功的到达目的地
• 无连接 表示ip并不维护任何关于后续数据报的状态信息，每个数据报的处理是相互独立的。
  普通的IP首部长为20个字节，除非含有选项字段。

2、IPv4首部结构

（1）版本号：占4位，就是IP协议的版本，通信双方的IP协议版本必须要达到一致，IPv4的版本就是4。

（2）首部长度：占四位，因为长度为四比特，所以首部长度的最大值为1111，15，又因为首部长度代表的单位长度为32个字（也就是4个字节），所以首部长度的最小值就是0101，当然，也确实如此，大部分的ip头部中首部字节都是0101.也就是5*4=20个字节，如果是最大值15的话，ip首部的最大值就是60个字节。所以，ipv4首部长度的最大值就是60。

（3）服务类型(Type Of Service，TOS)：3位优先权字段（现已被忽略）+4位TOS字段+1位保留字段（须为0）。4位TOS字段分别表示最小延时、最大吞吐量、最高可靠性、最小费用，其中最多有一个置为1。应用程序根据实际需要来设置 TOS值，如ssh和telnet这样的登录程序需要的是最小延时的服务，文件传输ftp需要的是最大吞吐量的服务。

（4）总长度：指整个IP数据报的长度（即：IP数据报中首部和数据的总和的长度），占16位，单位为字节，故IP数据报的最大长度为65535字节（2的16次方）。由于MTU的限制，长度超过MTU的数据报都将被分片传输，所以实际传输的IP分片数据报的长度远远没有达到最大值。

下来的3个字段则描述如何实现分片：

（5）标识：唯一地标识主机发送的每一个数据报，其初始值是随机的，每发送一个数据报其值就加1。同一个数据报的所有分片都具有相同的标识值。

（6）标志：位1保留，位2表禁止分片(DF)，若设置了此位，IP模块将不对数据报进行分片，在此情况下若IP数据报超过MTU，IP模块将丢弃数据报并返回一个ICMP差错报文；位3标识分片(MF)，表示后面还有若干个数据报，除了数据报的最后一个分片，其他分片都要把它设置为1。

（7）片偏移：分片相对原始IP数据报数据部分的偏移。实际的偏移值为该值左移3位后得到的，所以除了最后一个IP数据报分片外，每个IP分片的数据部分的长度都必须是8的整数倍。

（8）生成时间TTL：数据报到达目的地之前允许经过的路由器跳数。TTL值被发送端设置，常设置为64。数据报在转发过程中每经过一个路由该值就被路由器减1.当TTL值为0时，路由器就将该数据包丢弃，并向源端发送一个ICMP差错报文。TTL可以防止数据报陷入路由循环。

（9）协议：区分IP协议上的上层协议。在Linux系统的/etc/protocols文件中定义了所有上层协议对应的协议字段，ICMP为1，TCP为6，UDP为17。

（10）头部校验和： 由发送端填充接收端对其使用CRC算法校验，检查IP数据报头部在传输过程中是否损坏.。计算方式如下：

       在发送端的时候，将校验和全部设置为0，然后把数据报首段数据全部进行反码相加，得到的值为校验和，放入首部的校验和字段；然后在接收端的时候，将数据报首段数据和校验和一起全部反码相加，最后若是得到零，则保留，若不是零，则说明数据报在传输过程中发生了改变，则丢弃该数据报。

（11）IP源地址：占32位，将IP地址看作是32位数值则需要将网络字节顺序转化位主机字节顺序。转化的方法是：将每4个字节首尾互换，将2、3字节互换。

（12）目的地址：也占32位，转换方法和来源IP地址一样。

（13）选项：可变长的可选信息，最多包含40字节。选项字段很少被使用。可用的IP可选项有：
      a. 记录路由: 记录数据包途径的所有路由的IP，这样可以追踪数据包的传递路径
      b. 时间戳: 记录每个路由器数据报被转发的时间或者时间与IP地址对，这样就可以测量途径路由之间数据报的传输的时间
      c. 松散路由选择: 指定路由器的IP地址列表数据发送过程中必须经过所有的路由器
      d. 严格路由选择: 数据包只能经过被指定的IP地址列表的路由器
      e. 上层协议(如TCP/UDP)的头部信息

        在IP协议中，IP协议是面向非连接的，所谓的非连接就是在数据的传递过程中，不需要检测网络是否连通，所以是不可靠的数据报协议。IP协议主要用于在主机之间的寻址和选择数据包路由。

3、IPv6首部结构

与IPv4相比，IPv6的头部做了如下修改：

（1）取消了首部长度，因为IPv6的首部长度是固定的40个字节。

（2）取消了服务类型 ，因为流标号和优先级结合起来实现了服务类型的功能。

（3）取消了总长度字段，改用为有效载荷长度，有效载荷长度就是后面的扩展首部加上数据报中的数据。

（4）取消了标识，标志和片偏移，因为这些功能都包含在了扩展首部里面。

（5）取消了协议字段，改用为下一个首部，功能不变，这样更容易理解。

（6）取消了生存时间TTL，改用为最大跳转数，功能不变。

（7）取消了首部效验和，这样加快了路由器对数据报的处理速度，在数据链路层中，当我们发现有差错的帧就会抛弃，在运输层中，在udp中，当发现有差错就会抛弃，在tcp中，当发现有差错就会重传，直到传送到目的进程为止。因此在网路层的检测就可以精简掉。

（8）取消了选项字段，功能归并在了扩展首部上。

 

参考链接：

https://blog.csdn.net/qq_29344757/article/details/78570272

https://blog.csdn.net/qq_42058590/article/details/82918678