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1.引言1.1、动机Internet协议旨在用于数据包交换计算机通信网络的互连系统中这样的系统被称为“catenet” 互联网协议提供了从源向目的地传输称为数据包的数据块的功能，其中源和目的地是由固定长度地址标识的主机互联网协议还提供了长数据包的分段和重组（如果需要），以便通过“小数据包”网络进行传输1.2、范围互联网协议的范围受到特定限制，以提供必要的功能，以通过互连的网络系统将比特包（互联网数据包）从源传递到目的地没有任何机制可以增强端到端数据的可靠性，流控制，排序或主机到主机协议中常见的其他服务互联网协议可以利用其支持网络的服务来提供各种类型和质量的服务1.3、接口Internet环境中的主机到主机协议调用此协议该协议要求使用本地网络协议将Internet数据包传送到下一个网关或目标主机例如，TCP模块将调用Internet模块，以将TCP段（包括TCP标头和用户数据）作为Internet数据包的数据部分 TCP模块会将Internet标头中的地址和其他参数提供给Internet模块，作为调用的参数然后，互联网模块将创建一个互联网数据包，并在本地网络接口上调用以传输互联网数据包例如，在ARPANET情况下，Internet模块将调用本地网络模块，该模块会将1822前导添加到Internet数据包中，从而创建ARPANET消息以传输到IMP ARPANET地址将通过本地网络接口从Internet地址派生而来，并且将是ARPANET中某些主机的地址，该主机可能是通向其他网络的网关1.4、操作互联网协议实现了两个基本功能：寻址和分段Internet模块使用Internet标头中携带的地址向其目的地传输Internet数据包选择传输路径称为路由Internet模块在需要通过“小数据包”网络传输时使用Internet标头中的字段来分段和重组Internet数据包操作模型是Internet模块驻留在每个从事Internet通信的主机和每个互连网络的网关中这些模块共享用于解释地址字段以及分段和组装Internet数据包的通用规则此外，这些模块（尤其是在网关中）具有用于制定路由决策和其他功能的过程Internet协议将每个Internet数据包视为与任何其他Internet数据包无关的独立实体没有连接或逻辑电路（虚拟或其他）Internet协议在提供服务时使用四个关键机制：服务类型，生存时间，选项和标头校验和服务类型用于指示所需服务的质量服务类型是一组抽象或通用的参数，这些参数表征了组成Internet的网络中提供的服务选择网关将使用这种类型的服务指示来选择特定网络，用于下一跳的网络或路由互联网数据包时的下一个网关的实际传输参数生存时间是Internet数据包生命周期上限的指示它由数据包的发送方设置，并在处理数据的路径上的点处进行缩减如果生存时间在Internet数据包到达其目的地之前达到零，则将破坏Internet数据包生存时间可以视为自我毁灭的时限这些选件提供了某些情况下所需或有用的控制功能，但对于最常见的通讯来说则是不必要的这些选项包括时间戳，安全性和特殊路由的规定标头校验和提供了验证，用于处理Internet数据包的信息已正确传输数据可能包含错误如果报头校验和失败，则检测到错误的实体会立即丢弃Internet数据包Internet协议不提供可靠的通信工具端到端或逐跳都没有确认没有数据错误控制，只有标头校验和没有重传没有流量控制可以通过Internet协议模块中实现的Internet控制消息协议（ICMP）报告检测到的错误2.概述2.1、与其他协议的关系下图说明了Internet协议在协议层次结构中的位置：图1、协议关系Internet协议一方面与较高级别的主机到主机协议接口，另一方面与本地网络协议接口在这种情况下，“本地网络”可以是建筑物中的小型网络，也可以是诸如ARPANET之类的大型网络2.2、运作模式以下情形说明了将数据包从一个应用程序传输到另一个应用程序的操作模型：我们假设这种传输将涉及一个中间网关发送应用程序准备其数据，并在其本地Internet模块上进行调用，以将该数据作为数据包发送，并传递目标地址和其他参数作为调用的参数Internet模块准备一个数据包头并将数据附加到它 Internet模块为此Internet地址确定一个本地网络地址，在这种情况下，它是网关的地址它将此数据包和本地网络地址发送到本地网络接口本地网络接口创建一个本地网络头，并向其附加数据包，然后通过本地网络发送结果数据包到达报文在本地网络头中的网关主机，本地网络接口剥离该头，然后将数据包上交到Internet模块因特网模块从因特网地址确定数据包将被转发到第二网络中的另一主机 Internet模块确定目标主机的本地网络地址它在该网络的本地网络接口上调用以发送数据包该本地网络接口创建一个本地网络头并将数据包附加到将结果发送到目标主机的数据包在此目标主机上，数据包被本地网络接口从本地网络头中剥离，并传递到Internet模块Internet模块确定该数据包用于该主机中的应用程序它响应系统调用将数据传递到应用程序，并将源地址和其他参数作为调用的结果传递图2、转发路径2.3、功能说明Internet协议的功能或目的是通过一组互连的网络移动数据包这是通过将数据包从一个Internet模块传递到另一个Internet模块直到到达目的地来完成的 Internet模块位于Internet系统中的主机和网关中数据包基于互联网地址的解释，通过各个网络从一个互联网模块路由到另一个互联网模块因此，互联网协议的一种重要机制是互联网地址在将消息从一个Internet模块路由到另一个Internet模块时，数据包可能需要遍历最大数据包大小小于数据包大小的网络为了克服这个困难，在互联网协议中提供了分段机制编址名称，地址和路由之间有区别名称表示我们要寻找的东西地址指示其位置一条路线指示如何到达那里互联网协议主要处理地址较高级别（即主机到主机或应用程序）协议的任务是进行从名称到地址的映射 Internet模块将Internet地址映射到本地网络地址下级（即本地网络或网关）过程的任务是进行从本地网络地址到路由的映射地址是固定长度的四个八位位组（32位）地址以网络号开头，后跟本地地址（称为“空闲”字段） Internet地址有三种格式或类别：在a类中，高阶位为0，后7位为网络，后24位为本地地址；在b类中，高阶两位为0，后14位为网络，后16位为本地地址；在c类中，高阶三位为110，后21位为网络，后8位为本地地址在将Internet地址映射到本地网络地址时必须小心；一个单一的物理主机必须能够像使用多个不同的Internet地址一样充当多个不同的主机某些主机还将具有多个物理接口（多宿主）即，必须规定主机具有到网络的多个物理接口，每个物理接口具有多个逻辑互联网地址地址映射的示例可以在“地址映射”中找到分段当Internet数据包起源于允许大数据包大小的本地网络并且必须穿越将数据包限制为较小大小的本地网络到达目的地时，必须进行分段互联网数据包可以标记为“不要分段”如此标记的任何Internet数据包在任何情况下都不得进行Internet分段如果标记为“不分段”的互联网数据包无法在不分段的情况下传递到其目的地，则应将其丢弃Internet协议模块不可见的跨本地网络的分段，传输和重组称为Intranet分段，可以使用Internet分段和重组过程需要能够将数据包分解为几乎任意数量的分段，然后可以将其重新组装分段的接收者使用标识字段来确保不混合不同数据包的分段分段偏移字段告诉接收者分段在原始数据包中的位置分段的偏移量和长度确定了此分段覆盖的原始数据包的部分more-fragments标志指示（通过重置）最后一个分段这些字段提供了足够的信息来重组数据包标识字段用于区分一个数据包的分段和另一个数据包的分段 Internet数据包的始发协议模块将标识字段设置为对于该源-目的地对和协议必须唯一的值，以确保该数据包在Internet系统中处于活动状态完整数据包的始发协议模块将more-fragments标志设置为零，并将分段偏移设置为零为了分段一个较长的Internet数据包，Internet协议模块（例如，在网关中）将创建两个新的Internet数据包，并将Internet报头字段的内容从该长数据包复制到两个新的Internet报头中长数据包的数据在8个八位位组（64位）边界上分为两部分（第二部分可能不是8个八位位组的整数倍，但第一部分必须是）在第一部分NFB中调用8个八位位组块的数量（对于分块数量）数据的第一部分放置在第一个新的Internet数据包中，并且总长度字段设置为第一个数据包的长度 more-fragments标志设置为1数据的第二部分放置在第二个新的Internet数据包中，并且总长度字段设置为第二个数据包的长度 more-fragments标志带有与长数据包相同的值第二个新的Internet数据包的分段偏移字段设置为长数据包加NFB中该字段的值可以将此过程推广到n向拆分，而不是所描述的双向拆分为了组装Internet数据包的分段，Internet协议模块（例如，在目标主机处）将Internet数据包的四个字段（标识，源，目的地和协议）的值都相同通过将每个分段的数据部分放置在该分段的Internet标头中的分段偏移量指示的相对位置来完成组合第一个分段的分段偏移量将为零，而最后一个分段的more-fragments标志将重置为零2.4、网关网关实施Internet协议以在网络之间转发数据包 网关还实现网关到网关协议（GGP），以协调路由和其他Internet控制信息在网关中，无需实施更高级别的协议，并且GGP功能已添加到IP模块图3、网关协议3.规格3.1、互联网头格式Internet包头内容的摘要如下：图4、Internet报文头实例注意，每个刻度线代表一个位的位置version：4位“版本”字段指示Internet标头的格式本文档介绍版本4IHL：4位Internet标头长度是Internet标头的长度（以32位字为单位），因此指向数据的开头请注意，正确标头的最小值为5ToS服务类型：8位服务类型提供了所需服务质量的抽象参数的指示当通过特定网络传输数据包时，这些参数将用于指导实际服务参数的选择几个网络提供服务优先级，从而以某种方式将高优先级流量比其他流量更重要（通常是在高负载时仅接受高于特定优先级的流量）主要选择是在低延迟，高可靠性和高吞吐量之间进行权衡第0-2位：优先级第3位：0 =正常延迟，1 =低延迟第4位：0 =正常吞吐量，1 =高吞吐量第5位：0 =正常可靠性，1 =高可靠性第6-7位：保留以备将来使用组合含义111 - Network Control110 - Internetwork Control101 - CRITIC/ECP100 - Flash Override011 - Flash010 - Immediate001 - Priority000 - Routine使用“延迟”，“吞吐量”和“可靠性”指示可能会增加服务成本（从某种意义上来说）在许多网络中，其中一个参数的较好性能与另一个参数的较差性能结合在一起除非常特殊的情况外，应在这三个指示中最多设置两个服务类型用于指定数据包在通过Internet系统传输期间的处理方式 “服务映射”中给出了互联网类型的服务到在诸如AUTODIN II，ARPANET，SATNET和PRNET之类的网络上提供的实际服务的示例映射网络控制优先级指定仅在网络内使用该名称的实际使用和控制取决于每个网络 Internetwork控件名称仅供网关控件创建者使用如果这些优先级标记的实际使用与特定网络有关，则该网络有责任控制对这些优先级标记的访问和使用总长度：16位总长度是数据包的长度，以八位字节为单位，包括Internet标头和数据该字段允许数据包的长度最多为65535个八位位组对于大多数主机和网络来说，如此长的数据包是不切实际的所有主机必须准备好接受最多576个八位字节的数据包（无论它们是完整到达还是以分段到达）建议主机仅在确定目的地已准备好接受较大数据包的情况下，才发送大于576个八位位组的数据包选择数字576以允许除了所需的报头信息之外还发送合理大小的数据块例如，此大小允许将512个八位位组加上64个标头八位位组的数据块放入数据包中 Internet标头的最大值为60个八位位组，而典型的Internet标头为20个八位位组，这为较高级别协议的标头留有余量识别：16位发送方分配的标识值，以帮助组装数据包的分段标志：3位各种控制标志第0位：保留，必须为零第1位：（DF）0 =可以分段，1 =不分段第2位：（MF）0 =最后一个分段，1 =更多分段分段偏移量：13位该字段指示该分段在数据包中的位置分段偏移以8个八位位组（64位）为单位进行测量第一个分段的偏移量为零生存时间：8位该字段指示允许数据包保留在Internet系统中的最长时间如果此字段包含零值，则必须销毁数据包该字段在Internet标头处理中被修改时间以秒为单位进行度量，但是由于每个处理数据包的模块都必须将TTL至少减少一个，即使它在不到一秒的时间内处理数据包，因此TTL必须仅被视为设备上的上限数据包可能存在的时间目的是使无法传递的数据包被丢弃，并限制最大数据包的生存期协议：8位该字段指示在互联网数据包的数据部分中使用的下一级协议在“分配的编号”中指定了各种协议的值标头校验和：16位仅在标头上的校验和由于某些标头字段发生变化（例如，生存时间），因此在处理互联网标头的每个点都会重新计算并验证该字段校验和算法为：校验和字段是标头中所有16位字的一个人的补码之和的16位一个人的补码为了计算校验和，校验和字段的值为零这是一种简单的计算校验和的方法，实验证据表明它是足够的，但它是临时的，可以根据进一步的经验用CRC程序代替源地址：32位源地址请参阅第3.2节目的地址：32位目的地址请参阅第3.2节选项：变量这些选项可能会出现在数据包中，也可能不会出现在数据包中它们必须由所有IP模块（主机和网关）实现可选的是它们在任何特定数据包中的传输，而不是它们的实现在某些环境中，所有数据包中可能都需要安全选项选项字段的长度是可变的可能有零个或多个选项选项的格式有两种情况：情况1：选项类型的一个八位位组情况2：选项类型的八位位组，选项长度的八位位组和实际的选项数据八位位组选项长度八位字节计算选项类型八位字节，选项长度八位字节以及选项数据八位字节选项类型的八位位组被视为具有3个字段：第1位：复制标志，第2-3位：选项类别，第4-8位：选项号复制的标志指示此选项在分段时被复制到所有分段中0 =未复制1 =复制选项类别为：0 =控制1 =保留供将来使用2 =调试和测量3 =保留供将来使用定义了以下Internet选项：
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