IP数据包格式详解

TCP/IP协议定义了一个在因特网上传输的包，< xmlnamespace prefix ="o" ns ="urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

称为IP数据报 (IP Datagram)。这是一个与硬件无关的虚拟包，

由首部和数据两部分组成。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。首都中的源地址和目的地址都是 IP 协议地址。

那么IP数据报格式又是怎样要求的呢？

    1. IP数据报首部的固定部分中的各字段

    ①版本：占4位，指IP协议的版本。通信双方使用的

IP协议版本必须一致。日前广泛使用的 IP协议版本号为 4 (即 IPv4)。

IPv6 目前还处于起步阶段。

    ②首部长度：占 4 位，可表示的最大十进制数值是 15。请注意，

这个字段所表示数的单位是32位字 ( 1 个32位字长是4 字节)，

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 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。

因此数据部分永远在 4字节的整数倍开始，

这样在实现 IP协议时较为方便。

首部长度限制为 60字节的缺点是有时可能不够用。

这样做的目的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。

    ③服务：占 8 位，用来获得更好的服务。

这个字段在旧标准中叫做服务类型，但实际上一直没有被使用过。

1998年IETF把这个字段改名为区分服务 DS (DifferentiatedServices)。

只有在使用区分服务时，这个字段才起作用。

    ④总长度：总长度指首都及数据之和的长度，单位为字节。

因为总长度字段为 16位，所以数据报的最大长度为 216-1=65 535字节。    在IP层下面的每一种数据链路层都有自己的帧格式，其中包括帧格式中的数据字段的最大长度，即最大传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit)。当一个数据报封装成链路层的帧时，此数据报的总长度 (即首部加上数据部分)一定不能超过下面的数据链路层的MTU值。

    ⑤标识 (Identification)：占 16位。

IP软件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。但这个“标识”并不是序号，

因为 IP是无连接的服务，数据报不存在按序接收的问题。

当数据报由于长度超过网络的 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。

相同的标识字段的值使分片后的各数据报片最后能正确地重装成为

原来的数据报。

    ⑥标志 (Flag)：占3 位，但目前只有2位有意义。   

标志字段中的最低位记为 MF (More Fragment)。

MF=1即表示后面“还有分片”的数据报。MF=0表示这已是若干数据报片

中的最后一个。

标志字段中间的一位记为 DF(Don't Fragment)，

意思是“不能分片”。只有当 DF=0时才允许分片。

    ⑦片偏移：占 13位。较长的分组在分片后，

某片在原分组中的相对位置。也就是说，相对用户数据字段的起点，

该片从何处开始。片偏移以 8个字节为偏移单位。

这就是说，每个分片的长度一定是 8字节 (64位)的整数倍。

    ⑧生存时间：占 8位，生存时间字段常用的英文缩写是

TTL (Time To Live)，其表明数据报在网络中的寿命。

由发出数据报的源点设置这个字段。

其目的是防止无法交付的数据报无限制地在因特网中兜围子，

因而白白消耗网络资源。最初的设计是以秒作为 TTL的单位。

每经过一个路由器时，就把TTL减去数据报在路由器消耗掉的一段时间。

若数据报在路由器消耗的时间小于 1 秒，就把TTL值减 1。

当 TTL值为 0时，就丢弃这个数据报。

    ⑨协议：占 8 位，协议字段指出此数据报携带的数据是使用何种协议，以便使目的主机的IP层知道应将数据部分上交给哪个处理过程。

    ⑩首部检验和：占 16位。这个字段只检验数据报的首部，

但不包括数据部分。这是因为数据报每经过一个路由器，都要重新计算一下首都检验和 (一些字段，如生存时间、标志、片偏移等都可能发生变化)。不检验数据部分可减少计算的工作量。

    ⑾源地址：占32位。

    ⑿目的地址：占 32位。

    2. IP数据报首部的可变部分

    IP首都的可变部分就是一个可选字段。选项字段用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。此字段的长度可变，从 1 个字节到40个字节不等，取决于所选择的项目。某些选项只需要 1 个字节，它只包括 1 个字节的选项代码。但还有些选项需要多个字节，这些选项一个个拼接起来，中间不需要有分隔符，最后用全0 的填充字段补齐成为 4字节的整数倍。    增加首都的可变部分是为了增加 IP 数据报的功能，但这同时也使得 IP 数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。实际上这些选项很少被使用。新的 IPv6就将 IP数据报的首部长度做成固定的。

 

 

IP数据包指的是第三层的PDU，

IP首部只是其中的一部分，是在第三层网络层上加上去的，是给路由器看的。

 

IP数据包的总长度过大，超过链路的最大MTU时，数据包就会被分成多片，

而在如今的IPv4的网络中，数据传输时不可靠的，是尽力而为的，

所以这些分片的数据单元到达对端的链路和时间都是不同的，

 

对端根据IP首部中的标示符（Identification）、标志（Flag）、段偏置值字段

重组数据包。