一. IP协议

IP协议是位于OSI模型中第三层(网络层)的协议, 在这层上工作的不止这一个协议, 但IP协议是网络层传输所使用的最主流的一种协议, 有IPv4和IPv6两个版本, 目前IPv4在全球仍然是主流使用的协议, 但IPv6在中国已经基本普及了, 而且中国也是全球IPv6覆盖率最高的国家, 下面内容的介绍以IPv4为主.

1. IPv4报头介绍

IPv4协议格式如下:

版本(4位): 用来描述IP协议的版本, 这个属性只有两个取值, 即4, 6, 分别表示IPv4和IPv6.

首部长度(4位): 描述了IP协议首部的长度(报头), 单位是4字节, 报头中有选项部分的存在(可选字段+填充), 因此IP报头是变长的, 最大长度为15*4=60字节.

服务类型TOS(8位): 实际只有4位是有效的, TOS用来切换IP传输的四种形态/工作模式, TOS有效的4位分别表示最小延时(延迟尽量小), 最大吞吐量(传输速度尽量大), 最高可靠性(可靠性尽量大), 最小成本(资源消耗尽量小), 这四种状态, 在同一时间传输时, 只能选择一种模式; 而在实际开发中是很少专门去切换这几个模式的, 因为这几个模式都是站在技术角度来处理的, 而实际上, 性能瓶颈往往是业务带来的.

总长度(16位): 描述了一个IP数据报的总长度(报头+数据载荷), 最大长度不超过16位, 即64k, 这个长度减去IP报头长度, 剩下的就是载荷长度(一个完整的TCP /UDP数据报), 但只有16的总长度的限制并不意味着IP协议最大只能传输这16位长度的数据, 如果要传输的数据长度超过64k了, 在这个限制下IP协议自身还支持对包的拆分和组装, 也就是说如果网络层从传输层拿到的数据太长了, 超过64KB, 就会在网络层针对数据进行拆包, 也就是把一个数据分成多个IP数据报分别进行发送, 而接收方网络层会将载荷重新拼装再交给传输层; 实现有关拆包组包字段为16位标识, 3位标志, 13位片偏移.

标识(16位): 一份数据拆包发送时, 同一个数据报的数据, 标识是相同的.

标志(3位): 用来标志拆包的结束标志, 即将源数据的最后一个包标志为0, 否则为1.

片偏移(13位): 由13位构成, 用来标识被分包的每一个分包相对于原始数据的位置, 这样就算出现先发的包后到的情况, 也能确定该包在原始数据中的位置, 保证组包后数据的顺序不被打乱.

生存时间TTL(8位): 表示一个数据报在网络上能够传输的最大时间, 但这个时间的单位并不是 “时间单位”, 而是次数, 指的是可以中转多少个路由器的意思, 每经过一个路由器, TTL就会减少1, 如果TTL变成了0还没有到达目标, 此时就认为这个包永远都到不了, 就会丢弃该包.

协议(8位): 描述了当前载荷部分的内容时属于哪一个协议(TCP/UDP).

首部校验和(16位): 只针对IP协议首部进行校验, 载荷部分(TCP/UDP数据)自身已经有校验和了.

源地址, 目标地址(32位): 这是IP协议中最重要的组成部分, 源地址表示发送方的IP地址, 目标地址表示接收方的IP地址, 通常使用点分十进制的方式来表示IP地址, 就是将32位等分成4份每份8位, 比如117.86.92.37 这样数字串.

可选项和填充: 这个字段使IP首部是变长的, 填充部分是为了防止选项可能不是32位的整数倍, 为此, 通过向字段填充0, 调整为32比特的整数倍.

2. 解决IPv4地址不够用的问题

最主流的IPv4是用4字节来表示IP地址的, 最多能够给大约42亿9000万的设备分配地址, 而理想情况下是期望给每个设备都单独分配一个不同地址, 但由于现时代中互联网/物联网的高速发展, 想要给每个设备都分配一个地址, 4字节就不够用了.

现在为了解决IP地址不够用的问题, 主要有下面三种办法:

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1. IPv4报头介绍

2. 解决IPv4地址不够用的问题

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