1. IP协议定义和特性

  IP（Internet Protocol）协议是互联网中使用的网络协议之一，它的特性包括：

1. 无连接性：IP协议是一种无连接协议，每个数据包都是独立发送和处理的。因此，每个数据包都需要包含完整的源和目的地址信息，以便被正确路由到目的地。
2. 不可靠性：IP协议不提供任何可靠性保证，数据包在传输过程中可能会在网络拥塞、链路故障等情况下丢失或重复，需要应用层自行处理数据的可靠性。
3. 分组交换：IP协议使用分组交换技术，将数据分成若干个固定大小的数据包进行传输，每个数据包都有其独立的路由路径和传输时间。
4. 网络层协议：IP协议在OSI模型中属于网络层，主要负责数据包的寻址和路由选择。
5. IPv4和IPv6：IP协议有两个版本，IPv4和IPv6，其中IPv4是现有网络中广泛使用的版本，而IPv6则是一种新的IP协议版本，主要为了解决IPv4枯竭的地址问题。
6. 头部格式：IP协议的数据包头部包括源地址、目的地址、协议类型、TTL等信息，具体数据包头部格式不同于IPv4和IPv6版本的不同而有所区别。

格式： 

 

4位版本号：指定IP协议的版本，对于IPv4来说，就是4。

4位头部长度：IP头部的长度是多少个32bit，也就是 length * 4 的字节数。4bit表示最大的数字是15，因此IP头部最大长度是60字节。

8位服务类型：3位优先权字段（已经弃用），4位TOS字段，和1位保留字段（必须置为0）。4位TOS分别表示：最小延时，最大吞吐量，最高可靠性，最小成本。 这四者相互冲突，只能选择一个。（这个可以理解成选择一个作为IP协议的特点，类似一些角色的变换形态）

16位总长度：IP数据报整体占多少个字节。

16位标识：唯一的标识主机发送的报文。如果IP报文在数据链路层被分片了，那么每 一个片里面的这个id都是相同的。（用于拆包合包时的身份标识，同一个包的标识是一致的）

3位标志字段：第一位保留（保留的意思是现在不用，但是还没想好说不定以后要用到）。 第二位置为1表示禁止分片，这时候如果报文长度超过MTU，IP模块就会丢弃报文。第三位 表示"更多分片"，如果分片了的话，最后一个分片置为1，其他是0。类似于一个结束标记。

13位分片偏移：是分片相对于原始IP报文开始处的偏移。其实就是 在表示当前分片在原报文中处在哪个位置。实际偏移的字节数是这个值 * 8 得到的。因此， 除了最后一个报文之外，其他报文的长度必须是8的整数倍（否则报文就不连续了，这个偏移量越小代表这个包的顺序越前）。

8位生存时间：数据报到达目的地的最大报文跳数。一般是64或者128。每次经过一个路由，TTL就会减一，一直减到0还没到达，那么就丢弃了。这个字段主要是用来防止出现路由循环。

8位协议：表示上层协议的类型。

16位头部校验和：使用CRC进行校验，来鉴别头部是否损坏（报文部分的完整性校验已经由传输层协议校验过了，所以不需要再次校验）。

32位源地址和32位目标地址：表示发送端和接收端。

选项字段（不定长，最多40字节）：略。

2. IP协议的作用 

 2.1 地址管理

  IP地址本质上是一个32位整数，为了方便，就会把IP表示成点分十进制的方式，那32位整数，能表示多大的范围呢？大概为42亿9千万，这个数字看起来很大，大师其实并不算很大，发展太快了，人人都有手机，总的设备的数量达到百亿级别还是可能，如何解决IP地址不够用，就成了上个世纪90年代非常严峻的问题了。

  2.1.1 动态分配IP地址

  全世界的设备，也不是同一时刻都在上网，更充分的利用现有的IP地址（并没有从根本上解决问题）。

 2.1.2 NAT机制（网络地址映射）

 NAT 机制的工作流-CSDN博客

 2.1.3 IPV6（从根本上解决问题的方案，增加IP地址个数）

  IPv6使用了16个字节表示IP地址。（2^128）但是IPv6的报头结构和IPv4 是不兼容的。引入IPv6就意味着当前网络设备（路由器，就不能支持）就需要更换支持IPv6的设备，那就需要多花钱！！

 2.2 路由选择

  简单来说就是规划出一条路，网路结构太复杂了，每个路由器都无法掌握全局的信息，只能掌握一部分局部信息，此时路由器出来规划出来的线路，只能是一个“较优解”。数据包中包含了“目的IP”字段就是要问路的目标，每个路由器对于网络环境（和他相邻的设备情况）有一定的了解，此时就可以，根据他了解告诉我们下一步往哪个方向走。