ip（internet protocol，网际互连协议）是tcp/ip协议族中关键的协议之一。所有的tcp、udp、icmp以及igmp的数据传输均以ip数据报的形式进行。

报文格式

版本字段关注4位，用于IP协议的版本。通信双方必须使用相同版本的IP协议。目前主流IPv4（即版本号为4），未来将逐步过渡到IPv6（版本号为6）。

首部长度占4位，取值范围为0~15，为4字节。由于IP首部固定长度为20字节，因此该字段字段为5（二进制表示为0101）。当其值上升15（二进制1111）时，表示首部长度达到60字节（即15个3）如果首部长度不是4字节的整数倍，则需要通过填充字段补齐。这意味着IP数据报的数据部分始终从4字节的整数倍位置开始。虽然首部长度上限设为60字节有时可能不够用，但这是为了减少额外的字节。最常见的首部长度为20字节（即首部长度字段为0101），此时不使用任何选项。

区分服务字段占8位，旧称服务类型字段，实际大致使用。1998年IETF将其更名为DS（Differentiated）服务），只有在启用区分服务时该字段才生效，通常情况下不使用。

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总长度字段占16位，表示整个IP数据报的长度（包括首部和数据），单位为字节。因此最大长度可达2^16-1=65535字节。

标签字段占16位，由IP软件维护一个元素，每生成一个新的数据报，元素加1，并赋予该字段。当数据报因超过网络MTU而分片时，该值会被复制到每个分片的能字段中，以便接收端正确重组原始数据报。

标志字段占3位，其中仅低位MF（更多） Fragment）为1时表示还有后续分片；为0则表示当前分片是最后一个。中间版本DF（不要片段）为1时禁止分片，只有DF=0时才允许分片。

片偏移字段占13位，表示各分片在原数据报中的相对起始位置，相对用户数据而言。片偏移以8字节为单位，除了最后分片外，其余分片长度必须是8字节的整数倍。

生存时间（TTL）字段占8位，用于控制数据报在网络中的设备中，防止一个无法交付的数据报于无时间限制循环，浪费网络资源。初始值由源主机设置，为秒。每经过一个路由器，处理时间不足一秒，则TTL减1，当TTL为0时丢弃该数据报。

协议字段占8位，用于指示数据报填写的数据应行哪个上层协议处理，常见如TCP或UDP（腾讯安全工程师笔试常考内容）。

若IPv4地址结构如下：

IP地址：：={， }

为记忆，IP地址被划分为四个部分，每个部分8位（0~255），用点号分隔，称为点分十发光表示法。

A类IP地址范围：1.0.0.1~126.255.255.254（二进制形式：00000001 00000000 00000000 00000001 ~ 01111110 11111111 11111111 11111110）

B类IP地址范围：128.1.0.1~191.254.255.254（二进制形式：10000000 00000001 00000000 00000001 ~ 10111111 11111110 11111111 11111110）

C类IP地址范围：192.0.1.1~223.255.254.254（二进制形式：11000000 00000000 00000001 00000001 ~ 11011111 11111111 11111110 11111110）

D类IP地址范围：224.0.0.1~239.255.255.254（二进制形式：11100000 00000001 00000001 00000001 ~ 11101111 11111111 11111111 11111110）

虽然A类地址理论上可覆盖0~127网段，但由于部分IP被保留作特殊用途，实际可用范围为1~126。

排除特殊IP后的A类地址范围如下图所示。

IP数据报分片是指IP协议在传输过程中将大数据报分割机制为多个小数据报，到达目标系统后重新重组。由于不同物理网络因此对传输单元的最大长度（MTU）有不同的限制，例如分割MTU为1500字节，当IP数据报加上链路层头部后超出MTU时，就需要进行分片。这个过程既可能发生在源主机上，也可能发生在传输路径中的路由器上。不同网络的MTU差异可能导致多个分片。最终的重组目的只能在主机的IP层完成。

IP模块工作流程如下：

从右往左分析流程：

首先从网络驱动程序（即阻塞）获取IP信息并存入IP输入队列。

对接收到的数据报头部进行CRC校验，确认无误后继续处理。

判断目标IP是否属于本机所在的网段。如果是，将数据发送至对应主机，主机根据端口号决定交付给哪个应用程序；若不是，则进行转发操作。

检查该数据报是否允许转发，若允许则转发，否则丢弃。

IP输出队列着待发送的IP数据报，包括ICMP、TCP、UDP等类型的报文。

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