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前言: IP 数据报文由首部(称为报头)和数据两部分组成;首部的前一部分是固定长度,共 20 字节,是所有 IP 数据报必须具有的;在首部的固定部分的后面是一些可选字段,其长度是可变的
每个 IP 数据报都以一个 IP 报头开始;源计算机构造这个 IP 报头,而目的计算机利用 IP 报头中封装的信息处理数据;IP 报头中包含大量的信息,如源 IP 地址、目的 IP 地址、数据报长度、IP 版本号等;每个信息都被称为一个字段
如图所示:
占 4 位
指定 IP 协议的版本;通信双方使用的 IP 协议版本必须一致;目前使用最广泛的IP协议版本号为 4,即 IPv4
占 4 位
可表示的最大十进制数值是 15,IP 首部长度的单位是 32 位字长 (1 个 32 位字长是 4 字节,也就是 length * 4 的字节数,4bit 表示最大的数字是15),因此,当 IP 的首部长度为 1111 时 (即十进制的 15),首部长度就达到最大长度 60 字节,当 IP 分组的首部长度不是 4 字节的整数倍时,必须利用最后的填充字段加以填充
数据部分永远在 4 字节的整数倍开始,这样在实现 IP 协议时比较方便;首部长度限制为 60 字节的缺点是 长度有时可能不够用,之所以限制长度为 60 字节,是希望用户尽量减少开销;最常用的首部长度就是 20 字节 (即首部长度为 0101),这时不使用任何选项
也被称为服务类型,占 8 位;
3位优先权字段 (已经弃用),4位TOS字段,和1位保留字段(必须置为0);4位TOS分别表示:最小延时,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,最小延时比较重要;对于 ftp 这样的程序,最大吞吐量比较重要
首部和数据之和,单位为字节;总长度字段为 16 位
因此数据报的最大长度为 216-1=65535 字节
用来标识数据报,占 16 位;
IP 协议在存储器中维持一个计数器,每产生一个数据报,计数器就加 1,并将此值赋给标识字段;当数据报的长度超过网络的 MTU,而必须分片时,这个标识字段的值就被复制到所有的数据报的标识字段中;具有相同的标识字段值的分片报文会被重组成原来的数据报 (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 都是相同的)
占 3 位
第一位未使用,其值为 0;
第二位称为 DF(不分片),表示是否允许分片;取值为 0 时,表示允许分片;取值为 1 时,表示不允许分片;
第三位称为 MF(更多分片),表示是否还有分片正在传输,设置为 0 时,表示没有更多分片需要发送,或数据报没有分片
占 13 位
当报文被分片后,该字段标记该分片在原报文中的相对位置;片偏移以 8 个字节为偏移单位;所以,除了最后一个分片,其他分片的偏移值都是 8 字节(64 位)的整数倍
表示数据报在网络中的寿命,占 8 位
该字段由发出数据报的源主机设置,其目的是防止无法交付的数据报无限制地在网络中传输,从而消耗网络资源
路由器在转发数据报之前,先把 TTL 值减 1,若 TTL 值减少到 0,则丢弃这个数据报,不再转发;因此,TTL 指明数据报在网络中最多可经过多少个路由器;TTL 的最大数值为 255;若把 TTL 的初始值设为 1,则表示这个数据报只能在本局域网中传送
表示该数据报文所携带的数据所使用的协议类型,占 8 位
该字段可以方便目的主机的 IP 层知道按照什么协议来处理数据部分,不同的协议有专门不同的协议号
用于校验数据报的首部,占 16 位
数据报每经过一个路由器,首部的字段都可能发生变化(如TTL),所以需要重新校验。而数据部分不发生变化,所以不用重新生成校验值
表示数据报的源 IP 地址,占 32 位
表示数据报的目的 IP 地址,占 32 位
该字段用于校验发送是否正确
该字段用于一些可选的报头设置,主要用于测试、调试和安全的目的;这些选项包括严格源路由(数据报必须经过指定的路由)、网际时间戳(经过每个路由器时的时间戳记录)和安全限制
由于可选字段中的长度不是固定的,使用若干个 0 填充该字段,可以保证整个报头的长度是 32 位的整数倍
数据部分的长度不固定
表示传输层的数据,如保存 TCP、UDP、ICMP 或 IGMP 的数据
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