TCP/IP指南(卷1)：IP/IPv4

TCP具有全部功能但比UDP稍慢一点；UDP的功能简单，但比TCP快。

IP有4个基本功能：寻址；数据封装和格式化/打包；分片和重新装配；选路和间接交付。

LAN交换机没有IP接口，因为它位于第2层连接主机和路由器。

IP地址提供设备标识和选路的双重功能。每个网络接口需要一个IP地址，每个地址都是网络特定的。IP地址可以静态或动态地分配，而且以单播、多播和广播的方式。

点分十进制标记法（dotted decimal notation）

一个IP地址的基本结构由两个组件组成：网络ID和主机ID。32比特地址的划分点是不固定的，取决于许多因素，可以发生在不同的位置，包括一个点分十进制八位组的中间部分。

决定如何解释一个IP地址的一个主要因素是它所使用的寻址方案。这三种按时间、复杂性和灵活性的升序可排列为分类寻址、子网分类寻址和无类别寻址。

具有多个IP网络接口的主机就称为是多宿的。一台多宿设备可以有到相同网络、不同网络或两者的多个连接。与两个网络相连的主机可以配置成路由器的功能。

分类IP寻址方案讲IP地址空间分为不同大小的5类，从A到E。A类、B类和C类是最重要的，分配用于常规单播地址，占据了总地址空间的7/8。D类是预留给IP多播使用，而E类预留给实验使用。

具有特殊含义的IP地址：

全0：当网络ID或主机ID被一组全0代替时，该特殊含义等价于代名词this，指代任意被替代之物。

全1：当网络ID或主机ID被一组全1代替时，就具有了特殊含义全部，即该IP地址表示在该网络上所有主机。

部分IP地址空间被留作预留、专用和环回地址。

通过将一个组织的IP网络划分为子网，子网寻址增加了一个附加的层次来解释IP地址。这使得每个组织可以构造它的地址空间，以匹配它的内部物理网络，而不是迫使将它们作为一个扁平地址块对待。这就解决了原来分类寻址方案的许多问题，但要求改变寻址和选路的工作方式，同时对几个TCP/IP协议作出修改。

一个分类网络通过划分它的主机ID部分来划分子网，留下一些比特作为主机ID而将其他的比特分配给一个新的子网ID。这些比特则被用于标识网络中的各个子网，而主机被分配到各个子网中。

子网掩码是一个伴随某IP地址的32比特二进制数。创建子网掩码的方式是，对应于IP地址中的网络ID或子网ID的每个比特都有一个1比特，对应于主机ID的每个比特都有一个0比特。为了使用子网掩码，一台设备在子网掩码的每个比特和IP地址响应比特之间执行布尔与操作。所得的32比特数仅包含该地址的网络ID和子网ID，而主机ID被清0。

3种IP单播和广播地址的类别A类、B类和C类的每一种，都有一个默认子网掩码，它们规定了类别的网络ID的每个比特是1，主机ID的每个比特是0，而且没有子网ID比特。这3个默认子网掩码分别是A类的255.0.0.0、B类的255.255.0.0和C类的255.255.255.0。

在每个子网所容许的主机数是划分子网后余下的主机ID比特数的二次幂减2。减2的原因是每个子网中的全0和全1主机ID要预留个两个特殊含义的地址：标识子网络本身与本地广播地址。在有些实现中，子网数也要减2，因为最初不允许使用全0和全1子网ID。

可变长子网掩码（VLSM）是一种技术，以迭代地多次执行子网划分，它将网络划分为具有长度可变的子网络的层次结构。这使得一个组织可以使它的子网规模能更好地匹配它的网络需求。

概念上，IPv4数据报被分为两部分：首部和负载。首部包含寻址和控制字段，而负载承载了实际要在互联网上发送的数据，IP数据报在负载后没有尾部。

为了确保数据报不会无休止地循环，生存期（TTL）字段被设计为包含一个时间值（以秒为计），当数据报最初被发送时该字段被填充。路由器会周期地减少这个值，如果这个值减为0，就销毁该数据报。在实际中，该字段被用做数据报的最大跳数。每次路由器处理一个数据报，它把TTL字段的值减1。TTL字段是保护网络防止路由器环路的主要机制之一。

MTU：最大传输单元，maximum transmission unit

通过物理网络能够传输的最大IP数据报长度称为网络最大传输单元（MTU）。如果数据报通过具有较长MTU的网络传输到具有较短MTU的网络，必须被分片以适合新网络的较短MTU。

IP标准规定的最小长度576字节已成为IP数据报常用的默认MTU。

当MTU需求迫使数据报分片时，它被分成几个较小的IP数据报，每片包含部分初始报文。初始数据报的首部改变成第一片的首部，并为其他片生成新的首部。每片使用相同的标志符值，以标识它们是相同一个初始数据报的一部分。每片的片偏移字段被设置为该片在初始数据报中的位置。除了最后一片，其余片的更多片字段设置为1，使接收方知道它何时接收完了所有的片。

ICMP目的地不可达差错报文可用于MTU路径发现。

重组过程实现通常包括下列功能：

1.片识别和分片报文标识。

2.缓存初始化。

3.定时器初始化。

4.片接收和处理。