通俗易懂网络协议（IP）

IP层接收到一份要发送的数据报时，通过选路逻辑来决定向哪个接口(网卡)发送数据，发送数据之前，需要查询该接口获得其MTU，然后将数据报长度与MTU进行比较，如果需要，则进行分片，分片可以发生在原始发送端主机，也可以发生在中间路由器上。

IP数据报分片后，到达目的地后才进行重新组装，恢复分片前的IP数据报信息，重组由目的主机的IP层完成。因此，分片和重组对传输层(TCP、UDP)透明，IP首部中的标识、标志、分片偏移字段为分片和重组提供了足够的信息。

IP数据报首部中的标识(16bit)保存分片的唯一值，这意味着属于同一IP数据报的多个分片拥有相同的标识值。

标志(3bit)字段中的一位用来表示“是否有更多的片”，除最后一片外，其他组成数据报的分片该位设1，最后一片置0表示没有更多的片，也就是最后一片;片偏移字段用来标识该片在原始IP数据报中的位置。

当IP数据报切分为多个分片(IP数据报)后，每个分片的总长度字段(16bit)要更改为该片的长度值。

对链路层而言，不管是完整的IP数据报，还是IP数据报的一个分片，都以IP分组同等视之，分组是IP层把数据报传递给链路层的一个概念，既可能是一个独立IP数据报也可能是一个IP数据报的分片。每个分组(分片)都有自己的IP首部，并在选路时与其他分组(分片)独立路由，所以这些分片到达目的端可能失序，但IP首部有足够信息重新组装这些片。

任何一个分片的丢失，都要导致重传整个数据报，这是因为重传机制在传输层，而分片对传输层透明。

上图是UDP数据报在IP层的分片示例，可见UDP首部只存在第一个分组(分片)之中，这很容易理解，因为经传输层封装后的数据报对于IP层而言是透明的，IP不区分UDP首部和UDP数据，它们都是不透明的Payload。

接收端在收到IP分片后，相同标识值的分片属于同一个被切分的数据报，然后对分片偏移排序，更多片标志位为0的分组是最后一片，排序后的分组，如果分配偏移连续，且最后一个分组也到达，则表示整个数据报都到达了，则恢复数据报，否则继续等待。

IP转发

IP转发的概念很简单，就是路由器为IP数据报挑选一个接口发送出去。

从发送端到目的端，之间经历的所有路由器构成网络路由的完整路径，这跟从家到公司经过的所有路口构成的路径类似。

当网络接口(网卡)收到数据报时，IP模块检查数据报目的地址是否为自己的IP地址，如果是，数据报交付给由协议字段指定的协议模块(TCP、UDP等)，如果不是，则判断IP层是否配置为路由器，如果是，则转发，如果不是，丢弃，因为主机不转发那些不是由它生成的数据报。

IP层包含一些位于内存中的信息，称为路由表，每次转发数据报时，都要查询路由表，执行最长前缀匹配法，决定挑选哪个路由表项做数据转发。IP转发逐跳进行，每次转发假设离目的地更近一步，路由器和主机不包含到目的地的完整路径信息。

路由表是路由条目的列表，每个路由条目包括以下几项关键信息。

• 目的地：一个32位字段，用于与掩码操作结果相匹配。
• 掩码：一个32位字段，用于与IP数据报中的目的IP地址做按位与操作。
• 下一跳：下一个IP实体(路由器或者主机)的32位IP地址，数据报将被转发到该地址。
• 接口：用于将数据报发送给下一跳的网络接口(网卡)。

选路过程：

• 首先取出数据报中的目的IP地址，然后与路由条目的掩码字段进行按位与，按位与的结果如果等于路由条目的目的地，则该条目与目的地IP匹配，该条目进入候选集合。
• 从候选集合中选择最匹配的条目，即掩码最多位为1的条目，取出下一跳字段作为转发数据报的下一跳IP地址。
• 通过最匹配条目的网络接口，发送到下一跳。
• 如果没有匹配条目，则数据报无法交付，通过ICMP发送“主机不可达”通知发送主机。

通常路由表会有一个默认路由项目，用于默认路由，每经过一个路由器，IP首部中的TTL字段都要自减1。

（编辑：厦门网）

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