IP协议

IP（Internet Protocol）协议是网络层最重要的协议，也是互联网中最基础、最重要的协议之一。IP协议负责在网络中传输(IP)数据包，它是网络通信的基础。

IP协议有两个主要版本：IPv4（Internet Protocol version 4）和 IPv6（Internet Protocol version 6）。IPv4是目前广泛使用的版本，而IPv6则是为了解决IPv4地址耗尽的问题而引入的新版本。

IP协议的主要作用和内容

寻址/路由

• IP协议定义了一种标准的方式来为设备在网络中分配唯一的标识地址，被称为IP地址。

• IP协议提供基本的路由概念和底层协议，包括基础路由功能。其实现主要是通过物理设备路由器，负责根据目标IP地址将数据包从源设备传递到目标设备。

分片（Fragmentation）/重组（Reassembly）

为了适应不同网络链路的大小限制，IP协议使用分片和重组机制来处理大于网络链路最大传输单元（MTU） 的数据包。该机制会在网络中带来复杂性和性能开销，因此在设计网络应用时应考虑MTU，尽量避免使用过大数据包，以减少分片和重组。

MTU（Maximum Transmission Unit）属于数据链路层的内容，MTU定义了在特定数据链路上传输的最大数据包的大小。

• 当原始数据包大小超过网络链路MTU时，源主机的IP协议将数据包分割成多个分片，每个分片都包含头部(其包含分片信息)且长度小于MTU
• 目标主机的IP协议接收到数据包分片后，通过其头部信息(根据标识和片偏移来识别和排序)，并进行重组后得到完整数据包。将数据包传递给上层传输层协议(TCP/UDP)

IPv4 数据包的格式

主要由 头部(Header)，数据(Payload) 构成

头部(Header)结构

• 版本（Version）： 4位字段，表示IP协议的版本，IPv4为4。
• 头部长度（Header Length）： 4位字段，表示IP头部的长度，以32位字为单位。通常情况下，IPv4头部长度为20字节，但它也可以变化，因为IPv4头部可能包含选项字段。
• 服务类型（Type of Service）： 8位字段，用于指定数据包的服务质量、优先级等信息。
• 总长度（Total Length）： 16位字段，表示整个IPv4数据包的长度，包括头部和数据。
• 标识（Identification）： 16位字段，用于标识数据包的唯一性，通常用于分片和重组。
• 标志（Flags）： 3位字段，用于指示是否允许分片以及分片的情况。
• 片偏移（Fragment Offset）： 13位字段，用于指示分片在原始数据中的位置。
• 生存时间（Time to Live，TTL）：8位字段，表示数据包在网络中可以经过的最大路由器数量，用于防止数据包在网络中无限循环。
• 协议（Protocol）： 8位字段，表示数据部分使用的上层协议，如TCP、UDP等。
• 头部校验和（Header Checksum）： 16位字段，用于检测头部的错误。
• 源地址和目标地址： 每个32位字段，分别表示源IP地址和目标IP地址。
• 选项（Options）： 可选字段，用于包含一些额外的信息。

数据(Payload)

一般就是上层传输层协议（例如TCP、UDP）负责传输的内容