P（Internet Protocol，网际协议）是 TCP/IP 协议族中的核心协议之一，主要负责在网络中对数据包进行寻址和路由。以下是 IP 协议的主要特性：
一、IP 协议头部结构
- IPv4（重点）
IPv4 头部最小为 20 字节 ，最多可达 60 字节（含选项字段）。结构如下（按 32 位字对齐）：
| 字段（位数） | 含义 | 说明 |
|---|---|---|
| Version (4 bits) | 4位版本号 | 指定 IP 协议的版本,对于 IPv4来说,就是 4 |
| IHL (Internet Header Length, 4 bits) | 4位首部长度 | 表示 IP 头部的长度,也就是 length*4 的字节数。4 bit表示的最大的数字是 15，因此 IP 头部的最大长度是 60 字节 |
| Type of Service / DSCP + ECN (8 bits) | 8位服务类型 / 区分服务 | 3 位优先权字段（已经弃用）、4 位 TOS 字段、1 位保留字段（必须置为0）。4 位 TOS 分别表示：最小延迟、最大吞吐量、最高可靠性、最小成本。这四者相互冲突，只能选择一个。对于 ssh/telnet 这样的应用程序，最小延迟比较重要；对于 ftp 这样的程序，最大吞吐量比较重要。 |
| Total Length (16 bits) | 16位总长度 | 整个 IP 数据报长度（首部 + 数据），单位为 字节，最大 65535 字节 |
| Identification (16 bits) | 16位标识 | 用于标识属于同一数据报的分片，便于重组。唯一的标志主机发送的报文，如果IP报文在数据链路层被分片了，那么每一个片里面的这个 id 都是一样的。 |
| Flags (3 bits) | 3位标志位 | • 第 1 位：保留（必须为 0，保留的意思是现在不用，但是以后说不定要用） • 第 2 位（DF）：如果是 1 表示禁止分片，这时候如果报文长度超过 MTU，IP模块就会丢弃报文。 • 第 3 位（MF）：表示 "更多分片"，如果分片了的化，最后一个分片置为 1， 其他是 0.类似一个结束标志 |
| Fragment Offset (13 bits) | 13位分片偏移 | 当前分片在原始数据报中的位置（以 8 字节 为单位） |
| Time to Live (TTL, 8 bits) | 8位生存时间 | 每经过一个路由器减 1，为 0 时丢弃并发送 ICMP 超时报文，防止无限路由循环 |
| Protocol (8 bits) | 8位上层协议 | 指示载荷使用的协议： • 1 = ICMP • 6 = TCP • 17 = UDP • 其他见 IANA 协议号列表 |
| Header Checksum (16 bits) | 16位首部校验和 | 利用 CRC 进行校验仅校验 IP 首部（不包括数据，来鉴别头部是否损坏，每跳重新计算（因 TTL 改变） |
| Source IP Address (32 bits) | 32位源 IP 地址 | 发送方的 IPv4 地址 |
| Destination IP Address (32 bits) | 32位目的 IP 地址 | 接收方的 IPv4 地址 |
| Options (0--40 bytes, 可选) | 选项字段 | 如记录路由、时间戳、严格源路由等（很少使用，影响性能） |
| Padding | 填充 | 保证首部是 32 位对齐 |
- IPv6
Pv6 简化了头部结构，固定为 40 字节，提高路由效率。不再包含校验和和分片字段（分片由扩展头处理）。
| 字段（位数） | 含义 | 说明 |
|---|---|---|
| Version (4 bits) | 版本号 | 固定为 6 |
| Traffic Class (8 bits) | 流类别 | 类似 IPv4 的 ToS，用于 QoS（前 6 位 DSCP，后 2 位 ECN） |
| Flow Label (20 bits) | 流标签 | 用于标识属于同一"流"的数据包，支持实时业务（如 VoIP） |
| Payload Length (16 bits) | 有效载荷长度 | 不包括 IPv6 首部，仅数据 + 扩展头长度（最大 65535 字节） |
| Next Header (8 bits) | 下一首部 | 类似 IPv4 的 Protocol 字段： • 若无扩展头，则指示上层协议（TCP/UDP/ICMPv6） • 若有扩展头，则指向下个扩展头类型 |
| Hop Limit (8 bits) | 跳数限制 | 等同于 IPv4 的 TTL，每跳减 1，为 0 则丢弃 |
| Source Address (128 bits) | 源 IPv6 地址 | 发送方地址 |
| Destination Address (128 bits) | 目的 IPv6 地址 | 接收方地址 |
二、无连接（Connectionless）
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IP 协议在发送数据前不需要建立连接
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每个数据包（IP数据报）独立处理，可能通过不同路径到达目的地
三、不可靠（Unreliable）
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IP 协议不保证数据包的可靠传输
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不需要提供确认、重传、排序或错误恢复机制
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若需要实现可靠性，需依赖上层协议（如 TCP）
四、尽力而交互（Best-effort Delivery）
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IP 尽最大努力将数据包送达目标，但不保证成功。
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如果发生丢包、乱序或损坏，IP本身不会纠正
五、支持异构网络连
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IP可以在各种物理网络（以太网、Wi-Fi、PPP等）上传输数据
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通过统一的 IP 地址格式和封装机制，实现不同网络之间的互联互通
六、使用 IP 地址进行逻辑寻址
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每台主机分配一个唯一的 IP 地址（IPv4 或 IPv6）
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路由器根据目的 IP 地址决定转发路径
七、分片与重组（Fragmentation & Reassembly）
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当数据包大小超过链路 MTU（最大传输单元时)，IP 可对其进行分片
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分片在目的主机处重组（IPv4），而 IPv6 通常避免中间节点分片，由源端处理。
八、协议版本
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IPv4： 32位地址，约 43 亿地址空间，广泛使用
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IPv6：128位地址，极大扩展地址空间，增强安全性、自动配置等
九、支持广播、组播和单播
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单播（Unicast）：一对一通信
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广播（Broadcast)：一对全体（限于本地网络，IPv4 支持，IPv6 不支持）
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组播（Multicast）：一堆一组（特定组成员），提高效率。