图5.4　TCP连接的三次握手

IP（Internet protocol，网际互联协议）又称网际协议，它规定了将数据从一个网络传输到另一个网络应遵循的规则，是TCP/IP协议的核心，属于网络互联层协议。根据我们的直觉，互联网应该是真实存在的，其实它只是一个虚拟网络，本质上是由所有希望能够相互通信的计算机局域网，利用IP协议连接了起来，才形成互联网。

1.IP的特点

IP是一个无连接的、不保证可靠传输的、点对点的协议，只能尽力传送数据，不能保证数据的可靠到达。具体地讲，它主要有以下特点：

（1）提供无连接数据报服务，各个数据报（见图5.5）独立传输，可能沿着不同的路径到达目的地，也可能不会按序到达目的地；

（2）不含错误检测或错误恢复的编码，不保证可靠传输（位于上一层的TCP提供错误检测和恢复机制，以保证可靠传输）；

（3）作为一种点对点协议，IP数据报携带源IP地址和目的IP地址，进行数据传输时仍遵循成对进程对等传输原则；

（4）基于尽力（best effort）传输的原则，效率高，实现简单。

2.IP的任务与工作流程

图5.5　IP数据报的基本格式

IP的任务是对数据报进行寻址和路由选择，并从一个网络转发到另一个网络。IP在每个发送的数据包前加入控制信息（包含地址信息等），通过路由器传送数据报，而路由器则依次通过下一网络将数据报传送到再下一个路由器，一直传送到目的主机为止。

3.IP基础技术机制

1）IP地址

在4.6.2节，我们已经介绍过IP地址有关内容。IP规定网络上所有的设备都必须有一个独一无二的IP地址。IP地址用来识别网络上的设备，它由网络地址和主机地址两部分组成。网络地址位于IP地址的前段，用来识别设备所在的网络；主机地址位于IP地址的后段，用来识别网络上设备。

IP设计时，着眼于路由与管理上的需求，制定了5种IP地址等级，最常用的是A、B、C类三种等级。5种等级分别使用不同长度的网络地址，是为了适用于大、中、小型不同网络。

2）IP路由

在互联网中传送IP信息包，除了确保网络上每个设备都有一个唯一的IP地址之外，网络之间还必须有传送的机制，才能将IP信息包通过一个个的网络传送到目的地。该传送机制称为IP路由。

各个网络通过路由器相互连接。在IP路由的过程中，由路由器负责选择路径，传送IP信息包。(www.daowen.com)

3）IP信息包的分割与重组

在发送IP信息包时，一般选择一个合适的初始长度。受经过的中间物理网络特性的限制，IP会把这个信息包的数据部分分割成若干个较小的IP分组，一个IP分组由首部和数据两部分组成。分组的动作一般在路由器上进行。

重组是分组的逆过程，把若干个IP分组重新组合后还原为原来的IP信息包。

4）无连接的数据报传送

无连接是指主机之间不建立用于可靠通信的端到端的连接，IP处理后的数据报都是互相独立的，源主机只是简单地将IP数据报发送出去，数据报传输路由可以完全不同，数据报抵达的先后顺序也不确定。传送具有不可靠性，是指数据报在传送过程中可能会出现丢失、重复、延迟时间大或者次序混乱等现象，但IP并不进行检查，不回送确认，也没有流量控制和差错控制功能。如果数据报在传送中发生某种错误，IP有一个简单的错误处理算法：丢弃该数据报，然后发送ICMP消息报给信源端。这就是所谓的尽力投递（best-effort delivery）原则。

4.IP版本

IPv4（Internet protocol version4，网际协议第4版）是TCP/IP协议使用的数据报传输机制。数据报是一个可变长分组，由两部分组成：首部和数据。首部长度可由20～60个字节组成，该部分包含有与路由选择和传输有关的重要信息。

IPv4优点很多，但有其天然的缺点：

（1）虽说有多重技术可以提高IP地址使用效率，但无法彻底解决IP地址要耗尽的问题；

（2）对实时音频和视频最小传输时延的要求，没有策略，也没有预留资源支持；

（3）对某些有数据加密和鉴别要求的应用，无法提供支持。

IPv6（Internet working protocol version6，网际协议第6版），是为了解决问题而研发的新版本。在IPv6中，确定了很多新的原则，包括IP地址格式、分组长度、分组的格式等。IPv6分组由基本首部和有效载荷两大部分组成。有效载荷又由可选的扩展首部和来自上层的数据组成。基本首部占用40字节，有效载荷可以包含65535字节数据。

5.IPv4到IPv6的过渡

要实现IP版本的升级，升级过程必须是相当漫长而平滑的。IETF设计了三种策略来实现平滑过渡，如图5.6所示。

（1）双协议栈策略，一个站同时运行IPv4和IPv6；

（2）隧道技术策略，两端使用IPv6，中间使用IPv4的网络，中间进行封装与解封装过渡；

图5.6　从IPv4到IPv6的过渡

（3）首部转换策略，一端使用IPv6，但另一端或一些系统仍然使用IPv4时，将IPv6首部格式转换成IPv4首部格式，IPv6地址按照一定规则映射转换为IPv4地址。