计算机网络协议包头赏析-IP

上次和大家聊了聊以太网的帧格式，本文会讲解IP数据报格式的定义。

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开门见山，先上图：

任何一个IP数据报都是由首部和数据两部分组成，而且首部基本是固定长度的，长度为20字节。这一点很重要，其他都不记得了，这一点也要记得哦！

首部其实也分为两部分，即固定部分和可变部分，固定部分出的长度是20字节，可变部分的长度是可变的，但用的机会很少。

下面，我们就逐个域的来分析IP数据报：

【版本】- 4bit

用来标识IP协议的版本，最常见的就是4和6，分别代表IPv4和IPv6。

【首部长度】- 4bit

4bit所能表示的最大数值就是15了，而IP数据报标准规定，“首部长度”的单位是4字节(32bit)，因此，我们在计算首部长度时，需要用其值乘以4字节，才是首部的实际长度。

可见，最大的首部长度是15×4=60字节，而最小的首部长度则是固定部分的长度，即20字节。

如果出现首部长度不是4字节的整数倍时，需要在最后一个字段加以填充，务必保证首部长度是4字节的整数倍。这样，我们的数据部分就总是从4字节的整数倍处开始。

【服务类型】- 8bit

此域常被称为TOS(Type Of Service)，其中前3bit代表本数据报的优先级；D表示要求更低的时延；T表示要求更高的吞吐；R表示要求更高的可靠性；C表示要求选择代价更小的路由；第8个bit目前没有被使用。

上面这种分类方式，其实已很少应用，因为有时候这些要求的组合会使得调度策略产生矛盾，比如一条路由是高吞吐但不可靠，另一条是低吞吐但可靠，那么当用户同时要求T和R时，就会产生矛盾。因此，IETF组织将TOS重新进行了定义，称为DS(Differentiated Service)，由于此标准只在特定环境特定设备中才有应用，所以就不在此赘述。

【总长度】- 16bit

此处的总长度是指首部长度和数据长度之和，单位仍然是字节。

16bit可以表示的最大值为65535，所以IP数据报的最大长度可以到达65535字节。但由于以太网的MTU(Maximum Transmission Unit)最大为1500字节，所以如果IP协议是运行在以太网的话，就会遇到需要分片的情况。

【标识】- 16bit

此域是一个计数器，所产生的值即为IP数据报的标识。当IP数据报的长度超过下层协议所规定的MTU的话，就要对IP数据报进行分片。在这种情况下，就是用这个域在表示同组的IP数据报的。

【标志】- 3bit

这3bit中只有前2bit有用，中间一位表示DF(don’t fragment)，而最低位(最右侧的bit)表示MF(more fragment)。

DF等于1的话，表示此IP数据报“不能分片”。只有在DF等于0时，才允许对其进行分片。

MF等于1的话，表示此IP数据报后面还有分片的数据报，而MF等于0时，则表示当前的IP数据报是这一组中最后一个数据报。

【片偏移】- 13bit

此域表示当IP数据报超过MTU而被分拆成多片后，每一片在原IP数据报中的位置。此偏移量的参照起点是原数据报的数据部分的起点。

要注意的是，片偏移的单位是“8字节”，也就是说，每个分片的长度必须是8字节的整数倍。

【生存时间】- 8bit

此域也叫TTL(Time To Live)，也可以叫做“寿命”。在IP数据报中是以“所经过的路由器跳数”来计算的。每经过一个路由器，此值都会减一，当TTL为0时，路由器便会丢弃该包。

默认情况下Linux的TTL为255，windowsXP为128，windows98为32，UNIX为255。更全的TTL统计，可以参考[这里]。

【协议】- 8bit

此域指出数据报携带的数据是使用了哪一种协议，大部分情况下TCP(值为6)或UDP(值为17)。

【首部校验和】- 16bit

此域是针对IP数据报的首部，进行校验。注意校验的只有首部，不包括数据部分。

【源站IP地址】- 32bit

即来源处的IP地址。

【目的站IP地址】- 32bit

即目的处的IP地址。