一直纠结于该怎样写我的网络之旅，开始不是很清晰，现在写着写着开始清晰了，那就是用亲爱读者可以懂的语言来阐述技术，有血有肉，而不是冷冰冰技术的堆积。读者里有我远在大洋彼岸的同桌，有初中、高中、大学、研究生的老同学，有一起工作奋斗的同事兼老朋友，有自己的兄弟姐妹，还有默默支持我的陌生的朋友，感谢您们！没有您们的支持，到第三篇就可能放弃了。为了回馈朋友们的支持，决定从网络最基础的元素开始，一点点讲起，如果您看不太懂，可以给我留言，我可以用再浅显直白的语言来讲，各位朋友，那我们开始吧！

穿梭在互联网世界数据流99%是IP数据包，剩下的1%有其它的网络协议组成，现在网络IP化已经成为生米煮成熟饭，也是源于其开放、兼容并蓄的个性。

什么是IP协议？

Internet Protocol的缩写，我们经常称之为网络层协议，IP协议里有目的地IP地址，可以将一个IP包送到目的地，那我们先来看看IP协议的庐山真面目。

IP协议的格式

Version: 版本号

占据4bit位，如果0100，就代表IPv4，那0110是不是就代表IPv6了呢？不是，因为IPv6重启炉灶，有自己全新的IPv6协议，我们一般说的IP协议就是指IPv4，所以这四位就是0100。

IHL: Internet Header Length

IP包头的长度，也占据4bit位，如果其值为0101=5，那是不是意味着IP包头长度是5个字节呢？不是的，那是多少？5*4byte=20字节byte，为什么呢？当初规定IHL的单位是32bit即4个字节，再举个例子，如果1100=12，那IP包头长度是多少呢？哈哈，赵本山说：小样都学会抢答了！对的，答案是48字节。

ToS：Type of Service

服务质量，占据了一个字节，即8位，但是常用的是3位，即图中的Precedence，我们称之为包的优先级，看出它的作用了吧？包也是有阶级的，101=5这个是高优先级，对应的是VIP、头等舱，一般语音IP包的优先级为5，高优先级代表可以在出口队列里插队，可以快速到达目的地，最小的延迟，语音要的就是这个效果，单程的延迟小于150毫秒，来回的延迟小于300毫秒用户是感觉不到的，IP网络如果能保证语音端对端时延<150ms，包的丢失率<1%%，包的抖动小于<30ms，那可以完全代替目前的程控电话网络。有点扯远了，那000=0代表的是什么服务，这是最低级的服务，如HTTP、FTP，就是浏览的网页、文件共享优先级最低，慢就慢了，丢了就丢了，大不了再重传、再刷新浏览器！

说到服务质量，想起了一个真实故事，有一个奇葩公司，网管为了拍领导马屁，给老板静态分配了一个IP地址，然后给予这个IP最高优先级的服务，无论老板浏览网页、网上购物、还是网络聊天都能快速响应，这种行为尽管有点可耻，也属于差异化服务的范畴！

TL：Total Length

IP包的总长度，包括IP头，IP头后面的数据负荷，占据2个字节的长度，最大可以达到2的16次方，即65535byte的长度。那知道了总长度、IP头长度，可以算出IP负荷的长度了吧？

Identification：IP包的序列号

占据两个字节的长度，0—65535，到了65535再从0开始循环往复，问题是谁会用这个序列号呢？非专业或专业同学请认真思考，这个序列号谁会用？那我先来回答，IP包的分片Fragment、重组reassemble会用！当IP

=2000byte需要从主机物理接口发送出去，而物理接口的一次最大发送单元maximum transport unit MTU=1500

字节，IP包 2000 >1500  MTU，怎么办？丢了吗？No！切割分片，分成两个各1000字节的IP包，那谁来重组这些分片呢？目的地IP主机来重组，那问题来了，目的地主机如何知道谁与谁重组，分片是2片、16片还是其他片？谁是第一片，谁又是第二片呢？

第一个问题的答案是：分片的Identification是一样的，比如都是1000，到达目的地主机就会把ID=1000放在一起重组。IP头还有个标志位，MF，More Fragment，如果是0，表示最后一个分片，如果是1则不是。

第二个问题的答案是：IP头还有一个Fragment Offset，一共占据13bit位，根据其偏移量的值可以知道其是第几片，这里有一个问题大家看出来了吗？IP包长度有16位，而这个分片偏移长度只有13位，怎么匹配他们呢？举例，如果我的IP长度为2的16次方，那你偏移长度最大也只有2的13次方，如何解决！把后者乘以2的三次方不就可以了吗？所以IP协议的创始者很聪明地规定，Fragment offset 的单位为8个字节。

通过ID，MF位，Fragment Offset 三者的紧密协作配合，目的地主机可以完成分片的重组，重组成原来的2000字节的IP包。

Flag: 标志位，一共占据3位

第一位：保留，为0

第二位：DF，Dont Fragment，如果为1，意思是这个IP包在传输的过程中不能分片，如果此IP包大于物理接口的MTU，请直接丢弃，并发消息告诉源主机！什么消息？ICMP的消息，告诉包因为太大了，因为不能分片所以被丢了，并告诉源主机可以重新发小于等于MTU的包； 如果是0，表示可以分片，着就是上文谈到的情况。

第三位：MF，MoreFragment

上文也谈过了，不再啰嗦。

Source Address：源IP地址

这是IP包的始作俑者，占据32位，4 个字节

Destination Address：目的IP地址

IP包的目的地，也是4个字节，IP包从起点到达目的地是采用蛙跳的方式来传输的，在每一跳的路由器上，都是检查目的地IP来决定如何转发IP包的，这很好理解，就好比你寄快递，快递公司事根据目的地送达到离目的地更近的中转站，然后一跳一跳越来越靠近目的地，直到达到目的地。

TTL：
Time To Live

占据一个字节，最大值为255，IP包每经过一台路由器就减1，为什么要这么做？万一IP网络发生了环路，IP包在环路里转圈圈，没有这个保护机制，那就应了一句歌词：山无棱，天地合，才敢停下来！哈哈，不关机、不停电、不拔线还无法让它停下来！有了这个机制最多跳255下，TTL=0就会被路由器丢弃了。

Protocol : 上层协议

表示IP头后面的小跟班是什么协议。占据一个字节，比如17为UDP， 6 为
TCP等等

Header Checksum：校验码

占据2个字节，如它的名字所暗示，checksum的计算仅仅覆盖IP头，不覆盖IP负载。IP包在传输过程中有些字段会发生改变，比如TTL、TOS，事实上IP checksum的计算把这些容易改变的字段剔除出去，只计算固定不变的字段。

Options: IP 选项

长度不固定，最大可以有40字节，option 包含有time stamp 等选项，但是现在很少使用，所以就不介绍了。

Padding: 填充位

长度不固定，主机处理IP包一般是以4个字节为一个单元，如果IP包的长度不是4的整数倍，则用这个Padding补足成4的整数倍。

Data: IP载荷

这里才是IP包的有效载荷，长度不固定，长度取决于底层物理接口的MTU的大小，如果MTU=1500,
那么IP载荷长度=MTU- IP Header = 1500-20=1480。

以上是IP各个字段的详细介绍，我们可以看看真正的IP包是什么样子，基本上和我们描述一样，IP头后面的是UDP协议。

现在来总结一下IP协议可以提供的服务

1）服务质量 即可以提供差异化服务 ，由TOS来完成

2）分片和重组 ，由ID，MF ，Fragment Offset完成

3）环路保护 ，由TTL来完成此服务

4）传输任务，由Destination Address 完成此任务

5）协议复用，由protocol 完成此任务

6）校验服务，由checksum来完成此任务