《Linux高性能服务器编程》——第2章 IP协议详解 2.1 IP服务的特点-阿里云开发者社区

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《Linux高性能服务器编程》——第2章 IP协议详解 2.1 IP服务的特点

简介: 本节书摘来自华章计算机《Linux高性能服务器编程》一书中的第2章,第2.1节,作者 游双,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

第2章 IP协议详解

IP协议是TCP/IP协议族的核心协议,也是socket网络编程的基础之一。本章从两个方面较为深入地探讨IP协议:

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由于32位表示的IP地址即将全部使用完,因此人们开发出了新版本的IP协议,称为IPv6协议,而原来的版本则称为IPv4协议。本章前面部分的讨论都是基于IPv4协议的,只在最后一节简要讨论IPv6协议。

在开始讨论前,我们先简单介绍一下IP服务。

2.1 IP服务的特点

IP协议是TCP/IP协议族的动力,它为上层协议提供无状态、无连接、不可靠的服务。

无状态(stateless)是指IP通信双方不同步传输数据的状态信息,因此所有IP数据报的发送、传输和接收都是相互独立、没有上下文关系的。这种服务最大的缺点是无法处理乱序和重复的IP数据报。比如发送端发送出的第N个IP数据报可能比第N+1个IP数据报后到达接收端,而同一个IP数据报也可能经过不同的路径多次到达接收端。在这两种情况下,接收端的IP模块无法检测到乱序和重复,因为这些IP数据报之间没有任何上下文关系。接收端的IP模块只要收到了完整的IP数据报(如果是IP分片的话,IP模块将先执行重组),就将其数据部分(TCP报文段、UDP数据报或者ICMP报文)上交给上层协议。那么从上层协议来看,这些数据就可能是乱序的、重复的。面向连接的协议,比如TCP协议,则能够自己处理乱序的、重复的报文段,它递交给上层协议的内容绝对是有序的、正确的。

虽然IP数据报头部提供了一个标识字段(见后文)用以唯一标识一个IP数据报,但它是被用来处理IP分片和重组的,而不是用来指示接收顺序的。

无状态服务的优点也很明显:简单、高效。我们无须为保持通信的状态而分配一些内核资源,也无须每次传输数据时都携带状态信息。在网络协议中,无状态是很常见的,比如UDP协议和HTTP协议都是无状态协议。以HTTP协议为例,一个浏览器的连续两次网页请求之间没有任何关联,它们将被Web服务器独立地处理。

无连接(connectionless)是指IP通信双方都不长久地维持对方的任何信息。这样,上层协议每次发送数据的时候,都必须明确指定对方的IP地址。

不可靠是指IP协议不能保证IP数据报准确地到达接收端,它只是承诺尽最大努力(best effort)。很多种情况都能导致IP数据报发送失败。比如,某个中转路由器发现IP数据报在网络上存活的时间太长(根据IP数据报头部字段TTL判断,见后文),那么它将丢弃之,并返回一个ICMP错误消息(超时错误)给发送端。又比如,接收端发现收到的IP数据报不正确(通过校验机制),它也将丢弃之,并返回一个ICMP错误消息(IP头部参数错误)给发送端。无论哪种情况,发送端的IP模块一旦检测到IP数据报发送失败,就通知上层协议发送失败,而不会试图重传。因此,使用IP服务的上层协议(比如TCP协议)需要自己实现数据确认、超时重传等机制以达到可靠传输的目的。

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