IP协议 （通俗易懂），IP协议的主要功能及实现原理，IP地址分类，IP数据包分片，IP数据报格式。

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本章重点 IP协议的作用是什么？IP地址分类有哪些？IP数据包为什么分片？怎么分片？

IP协议 一、IP地址1）IP地址分类2）私有IP地址3）特殊IP地址 二、数据分片三、IP数据报
IP是一种 「不可靠」的 「端到端」的数据包 「传输服务」，主要实现两个功能：数据传输 和 数据分片。

一、IP地址

IP协议根据「IP地址」将数据传输到指定的目标主机，就像你寄快递的时候需要提供一个收货地址一样。

IP地址是全世界唯一的 32 位「二进制」数，通常用4位点分十进制来表示。

在 cmd 中执行 ipconfig 命令，查看本机的IP地址：

为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址分为「网络号码」和「主机号码」两个部分，同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络号码。

1）IP地址分类

IP地址分为A、B、C、D、E五类。

A类地址第一段是网络号码，剩下三段是主机号码；
B类地址前两段是网络号码，剩下两段是主机号码；
C类地址前三段是网络号码，最后一段是主机号码；

类别	IP范围	子网掩码	描述
A类（1~126）	1.0.0.1 ~ 127.255.255.254	255.0.0.0	共有126个网络，每个网络有1600万台主机，适合大规模的网络。
B类（128~191）	128.0.0.1 ~ 191.255.255.254	255.255.0.0	共有16384个网络，每个网络有6万台主机，适合中等规模的网络。
C类（192~223）	192.0.0.1 ~ 233.255.255.254	255.255.255.0	共有209万个网络，每个网络有254台主机，适合小型网络。
D类（224~239）	224.0.0.0 ~ 239.255.255.255		组播地址
E类（240~255）	240.0.0.0 ~ 255.255.255.254		保留地址

2）私有IP地址

A、B、C类地址中，分为公有IP和私有IP。

公有IP就是「可以注册」购买的IP；
私有IP就是「无法注册」的，用于内部使用的私有地址，私有地址如下：

A类 10.0.0.0–10.255.255.255，1个

B类 172.16.0.0–172.31.255.255，16个

C类 192.168.0.0–192.168.255.255，255个

A、B、C类地址范围中，私有IP外的地址都是公有地址（特殊地址除外）。

3）特殊IP地址

部分地址拥有特殊的含义，比如下面这些：

类型	地址格式	描述
全0地址	0.0.0.0	路由表的默认路由，表示整个网络，即网络内的所有主机，而非某一个主机，不可用。
网络号全0	0.x.x.x	本网内某个特定主机
主机号全0	x.0.0.0	网络地址，表示整个网络
全1地址	255.255.255.255	子网的广播地址，路由器不转发
主机号全1	x.255.255.255	广播地址，对当前网络所有主机进行广播
环回地址	127.0.0.1 ~ 127.255.255.254	代表本机IP，可用于测试网络连通性

IP地址是数据传输功能的基础，有了IP地址，我们就能知道数据要发送到什么地方。

二、数据分片

IP协议负责将网络层的IP数据报（IP分组）传输到链路层，由链路层将数据封装成帧。

帧最多只能封装 1500 字节（默认）的数据，当超过上限时，就需要分割数据，放到多个数据帧中传输，到达目标主机后，再将数据重组起来。

分割和重组的 *** 作在路由器中完成，发送方发送的信息经过路由器时，路由器会将数据「分割」，放到不同的数据帧中，并在帧首部的字段（MF）标明数据的顺序；

当数据传输到目的路由器后，再根据帧首部的字段将信息「重组」，发送给目标主机。

三、IP数据报

IP协议从网络层传输到数据链路层的数据叫做IP数据报；

IP数据报分为首部和数据两个部分：

首部分由固定部分（20字节）和可变部分组成，首部格式如下：

1）版本（4位）：IP协议版本，目标主机按照此版本解释数据，如果目标主机使用的是其他版本，则丢弃数据报。

2）首部长度（4位）：数据报协议头长度，最小值为5，最大值为15。

3）服务（8位）：用于分配优先级、延迟、吞吐量以及可靠性；前3位是优先级，后面4位成为服务类型，最后1位没有定义。

4）总长度（16位）：IP数据报的字节长度（协议头部和数据），其最大值为65535字节。

5）标识（16位）：一个整数，数据报分段时，用于识别当前数据报。

6）标记（3位）：由3位字段构成，最低位（MF）控制分段，存在下一个分段置为1，否则置0代表该分段是最后一个分段；中间位（DF）指出数据报是否可进行分段，如果为1则机器不能将该数据报进行分段；第三位即最高位保留不使用，值为0。

7）分段偏移（13位）：指出数据在源数据报中的相对位置，用于重组源数据。

8）生存时间（8位）：一种计数器，在丢弃数据报的每个点值依次减1直至减少为0。这样确保数据报拥有有限的环路过程（即TTL），限制了数据报的寿命。

9）协议（8位）：指明上层接收数据报的协议。

10）头部校验和（16位）：该字段帮助确保IP协议头的完整性。由于某些协议头字段的改变，这就需要对每个点重新计算和检验。计算过程是先将校验和字段置为0，然后将整个头部每16位划分为一部分，将个部分相加，再将计算结果取反码，插入到校验和字段中。

11）源地址（32位）：源主机IP地址，该字段在IPv4数据报从源主机到目的主机传输期间必须保持不变。

12）目的地址（32位）：目标主机IP地址，该字段在IPv4数据报从源主机到目的主机传输期间同样必须保持不变。