IP數據報

IP是TCP/IP協議族中最核心的協議，所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP數據都以IP數據報的格式傳輸。IP僅提供盡力而為的傳輸服務，如果發生某種錯誤，IP會丟失該數據，然后發送ICMP消息給信源端。另外，IP數據報可以不按發送順序接受。

IP數據報的格式如下：

前20字節和緊接其后的選項部分是IP數據報的首部，前20個字節是固定的，選項可有可無。首部的每一行是一個32位字的單位，***位在左邊，為0bit，***位在右邊，為31bit。4字節的32bit值按照以下次序傳輸：首先0-7bit，其次8-15比特，然后16-23bit，***是24-31bit，這種傳輸次序稱為big endian字節序(我們在C語言寫位操作的算法時常用到該詞)。TCP/IP首部中的所有二進制整數在網絡中傳輸時都要求以這種次序，因此它又稱作網絡字節序，其他形式存儲的二進制數據，如little endian格式，則必須在傳輸數據之前把首部轉化成網絡字節序。

首部長度是指首部占32bit字的數目，因為4位的***值為15，因此首部最長為60字節，也即是說選項部分的***值為40字節，不夠4的倍數，要用0填充，使數據部分的起始地址為4的倍數。

總長度指整個IP數據報的長度，包括首部和數據部分，16bit，最長可達65535字節。盡管理論上可以傳送一個長達65535的IP數據報，但實際上還要考慮網絡的***承載能力等因素，標準的TCP/IP分組大小為576字節，減去IP首部的20個字節，TCP首部的20個字節，路由協議頭的24個字節，為512字節，因此主機接受的數據報的數據部分一般不超過512個字節。(PS：這點看的也不是太懂，網上很多人也有此疑問，謝希仁的計算機網絡中寫的一次IP數據報最少576字節，尼瑪這里翻譯的是不超過576字節，先往后看吧，說不定看到后面就豁然開朗了)。

3個標志位主要用來標識分片的IP數據報，片位移為分片的數據報的***字節偏離整個原始數據報的位置。

IP路由選擇

主機通過路由器和目的主機連接。主機通過IP數據報連接目的主機時，按照如下步驟搜索(同一網絡中的搜索要經過ARP協議將目的主機的IP地址解析為MAC地址)：

1、搜索路由表，優先搜索匹配主機，如果能找到和IP地址完全一致的目標主機，則將該包發向目標主機

2、搜索路由表，如果匹配主機失敗，則匹配同子網的路由器，這需要子網掩碼的協助。如果找到路由器，則將該包發向路由器。

3、搜索路由表，如果匹配同子網路由器失敗，則匹配同網號路由器，如果找到路由器，則將該包發向路由器。

4、搜索路由表，如果以上都失敗了，就搜索默認路由，如果默認路由存在，則發包

5、如果都失敗了，就丟掉這個包。

子網掩碼

主機號再分成一個子網號和主機號，便將一個網絡又劃分成了若干子網，子網掩碼與該子網中的IP地址相與，便得到該子網，另外，子網對于子網內部的路由器是不透明的，也就是說IP數據報傳到該網絡的網關時，網關再將該數據報傳送到子網的默認路由器上，***通過該路由器再交付給該主機。

ARP協議和RARP協議

前面已經說過，ARP協議只用在局域網中，它用來將IP地址解析為MAC地址。局域網中的每個主機都有一個ARP緩存，它保存了最近發起的IP地址到MAC地址的映射記錄，當該主機要向局域網中的某一主機發送數據時，它會先從自己的緩存中查找，看是否存在目標IP地址，如果找到，就通過映射找到它的MAC地址，從而發送過去，如果沒有找到該目的IP地址，它就向該局域網內發送一個廣播，廣播中包含自己的IP地址、MAC地址和目的主機的IP地址，局域網內的所有主機都會收到該廣播，但只有目的IP地址的主機會做出回應，并把自己的MAC地址發送給源主機，源主機收到后，在自己的ARP緩存中增加上該映射，并根據發來的MAC地址將數據發送給目的主機。

ARP高速緩存中的表項一般都要設置超時值，如果一段時間內沒有與某主機通信，就將該主機對應的IP與MAC之間的映射關系去掉，下次在需要通信時，依然發送廣播。

如果ARP請求是從一個網絡的主機到另一個網絡的主機，那么連接這兩個網絡的路由器就可以回答該請求，這個過程成為ARP代理。

RARP協議則剛好相反，它將MAC地址解析成為對應的IP地址，現在已很少單獨使用。