IP:网际协议
IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议，提供一种不可靠、无连接的数据报传送服务。所谓的不可靠指的是它不能保证IP数据报能成功地到达目的地。无连接是说IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息，即每个数据报的处理时相互独立的，独立地进行路由选择。
IP数据报格式
TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求按照网络字节序（大端模式）。
目前协议的版本号是4，首部长度指的是首部占32bit字的数目，首部最长为60个字节。
服务类型（TOS）字段包括一个3 bit的优先权子字段（现在已被忽略） ，4 bit的TOS子字段和1 bit未用位但必须置0。4 bit的TO S分别代表：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。4 bit中只能置其中1 bit。如果所有4 bit均为0，那么就意味着是一般服务。总长度字段是指整个I P数据报的长度，以字节为单位。利用首部长度字段和总长度字段，就可以知道I P数据报中数据内容的起始位置和长度。由于该字段长1 6比特，所以I P数据报最长可达65535字节。尽管如此，但大多数的链路层会对其进行分片，很多主机都要求不能接受超过576字节的数据报（也有特例，如NFS可以达到8192）。
总长度字段是I P首部中必要的内容，因为一些数据链路（如以太网）需要填充一些数据以达到最小长度。尽管以太网的最小帧长为 4 6字节，但是I P数据可能会更短。如果没有总长度字段，那么I P层就不知道46字节中有多少是I P数据报的内容。
标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加 1。
T T L（t i m e - t o - l i v e）生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。它指定了数据报的生存时间。T T L的初始值由源主机设置（通常为3 2或6 4） ，一旦经过一个处理它的路由器，它的值就减去1。当该字段的值为0时，数据报就被丢弃，并发送 I C M P报文通知源主机。
协议字段被用来判断是哪个协议在给IP发送数据报。
首部检验和字段是根据I P首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。为了计算一份数据报的 I P检验和，首先把检验和字段置为 0。然后，对首部中每个 16 bit进行二进制反码求和（整个首部看成是由一串 16 bit的字组成） ，结果存在检验和字段中。当收到一份I P数据报后，同样对首部中每个16 bit进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全 1。如果结果不是全1（即检验和错误） ，那么I P就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传。
IP路由选择
从概念上说，I P路由选择是简单的，特别对于主机来说。如果目的主机与源主机直接相连（如点对点链路）或都在一个共享网络上（以太网或令牌环网） ，那么I P数据报就直接送到目的主机上。否则，主机把数据报发往一默认的路由器上，由路由器来转发该数据报。大多数的主机都是采用这种简单机制。路由器和主机本质上的区别在于，主机从不把数据报从一个接口转发到另一个接口，而路由器则要转发数据报。I P可以从T C P、U D P、I C M P和I G M P接收数据报（即在本地生成的数据报）并进行发送，或者从一个网络接口接收数据报（待转发的数据报）并进行发送。
I P层在内存中有一个路由表。当收到一份数据报并进行发送时，它都要对该表搜索一次。当数据报来自某个网络接口时，I P首先检查目的I P地址是否为本机的I P地址之一或者I P广播地址。如果确实是这样，数据报就被送到由 I P首部协议字段所指定的协议模块进行处理。如果数据报的目的不是这些地址，那么（ 1）如果I P层被设置为路由器的功能，那么就对数据报进行转发（也就是说，像下面对待发出的数据报一样处理）；否则（ 2）数据报被丢弃。
路由表包括几个部分：目的IP地址，下一站路由器的IP地址，标志（其中一个指明目的IP地址是网络地址还是主机地址，另一个标志指明下一站路由器是否为真正的下一站路由器，还是一个直接相连的接口），为数据报的传输制定一个网络接口。而IP路由的选择主要包括以下功能，从（1）到（3）顺序执行。
1) 搜索路由表，寻找能与目的I P地址完全匹配的表目（网络号和主机号都要匹配） 。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值） 。
2) 搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值） 。目的网络上的所有主机都可以通过这个表目来处置。例如，一个以太网上的所有主机都是通过这种表目进行寻径的。这种搜索网络的匹配方法必须考虑可能的子网掩码。关于这一点我们在下一节中进行讨论。
3) 搜索路由表，寻找标为“默认（ d e f a u l t） ”的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器。
例举一个路由寻址的例子：主机b s d i有一份I P数据报要传到f t p . u u . n e t主机上，它的I P地址是1 9 2 . 4 8 . 9 6 . 9。经过的前三个路由器如图3 - 4所示。首先，主机b s d i搜索路由表，但是没有找到与主机地址或网络地址相匹配的表目，因此只能用默认的表目，把数据报传给下一站路由器，即主机s u n。当数据报从b s d i被传到s u n主机上以后，目的I P地址是最终的信宿机地址（1 9 2
. 4 8 . 9 6 . 9） ，但是链路层地址却是s u n主机的以太网接口地址。
当s u n收到数据报后，它发现数据报的目的 I P地址并不是本机的任一地址，而 s u n已被设置成具有路由器的功能，因此它把数据报进行转发。经过搜索路由表，选用了默认表目。根据s u n的默认表目，它把数据报转发到下一站路由器 n e t b，该路由器的地址是1 4 0 . 2 5 2 . 1 . 1 8 3。数据报是经过点对点S L I P链路被传送的，采用了图2 - 2所示的最小封装格式。这里，我们没有给出像以太网链路层数据帧那样的首部，因为在
S L I P链路中没有那样的首部。
当n e t b收到数据报后，它执行与s u n主机相同的步骤：数据报的目的地址不是本机地址，而n e t b也被设置成具有路由器的功能，于是它也对该数据报进行转发。采用的也是默认路由表目，把数据报送到下一站路由器 g a t e w a y（1 4 0 . 2 5 2 . 1 . 4） 。位于以太网1 4 0 . 2 5 2 . 1上的主机n e t b用A R P获得对应于1 4 0 . 2 5 2 . 1 . 4的48 bit以太网地址。这个以太网地址就是链路层数据帧头上的目的地址。
子网掩码
任何主机在引导时进行的部分配置是指定主机 I P地址。大多数系统把 I P地址存在一个磁盘文件里供引导时读用。在第5章我们将讨论一个无盘系统如何在引导时获得 I P地址。除了I P地址以外，主机还需要知道有多少比特用于子网号及多少比特用于主机号。这是在引导过程中通过子网掩码来确定的。这个掩码是一个 32 bit的值，其中值为1的比特留给网络号和子网号，为0的比特留给主机号。下图是一个B类地址的两种不同的子网掩码格式。
给定I P地址和子网掩码以后，主机就可以确定 I P数据报的目的是：( 1)本子网上的主机；(2)本网络中其他子网中的主机；( 3)其他网络上的主机。如果知道本机的 I P地址，那么就知道它是否为A类、B类或C类地址(从I P地址的高位可以得知)，也就知道网络号和子网号之间的分界线。而根据子网掩码就可知道子网号与主机号之间的分界线。子网对于子网内部的路由器来说是不透明的，所以在路由寻找时，我们需要先将数据报发送给子网，再由子网进行内部寻址。
ifconfig和netstat命令的使用