IT工程師數位筆記本

摘自:http://blog.163.com/hlz_2599/blog/static/1423784742011112195857956/</>

TCP/IP協議定義了一個在因特網上傳輸的包，< xmlnamespace prefix ="o" ns ="urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

稱為IP數據報 (IP Datagram)。這是一個與硬件無關的虛擬包，

由首部和數據兩部分組成。首部的前一部分是固定長度，共 20 字節，

是所有IP數據報必須具有的。在首部的固定部分的后面是一些可選字段，

其長度是可變的。首都中的源地址和目的地址都是 IP 協議地址。

那么IP數據報格式又是怎樣要求的呢？

    1. IP數據報首部的固定部分中的各字段

    ①版本：占4位，指IP協議的版本。通信雙方使用的

IP協議版本必須一致。日前廣泛使用的 IP協議版本號為 4 (即 IPv4)。

IPv6 目前還處于起步階段。

    ②首部長度：占 4 位，可表示的最大十進制數值是 15。請注意，

這個字段所表示數的單位是32位字 ( 1 個32位字長是4 字節)，

因此，當 IP 的首部長度為 1111 時 (即十進制的 15)，

首部長度就達到 60字節。當 IP 分組的首部長度不是4字節的整數倍時，

必須利用最后的填充字段加以填充。

因此數據部分永遠在 4字節的整數倍開始，

這樣在實現 IP協議時較為方便。

首部長度限制為 60字節的缺點是有時可能不夠用。

這樣做的目的是希望用戶盡量減少開銷。

最常用的首部長度就是 20 字節 (即首部長度為 0101)，

這時不使用任何選項。

    ③服務：占 8 位，用來獲得更好的服務。

這個字段在舊標準中叫做服務類型，但實際上一直沒有被使用過。

1998年IETF把這個字段改名為區分服務 DS (DifferentiatedServices)。

只有在使用區分服務時，這個字段才起作用。

    ④總長度：總長度指首都及數據之和的長度，單位為字節。

因為總長度字段為 16位，所以數據報的最大長度為 216-1=65 535字節。    在IP層下面的每一種數據鏈路層都有自己的幀格式，其中包括幀格式中的數據字段的最大長度，即最大傳送單元 MTU (Maximum Transfer Unit)。當一個數據報封裝成鏈路層的幀時，此數據報的總長度 (即首部加上數據部分)一定不能超過下面的數據鏈路層的MTU值。

    ⑤標識 (Identification)：占 16位。

IP軟件在存儲器中維持一個計數器，每產生一個數據報，

計數器就加 1，并將此值賦給標識字段。但這個“標識”并不是序號，

因為 IP是無連接的服務，數據報不存在按序接收的問題。

當數據報由于長度超過網絡的 MTU 而必須分片時，

這個標識字段的值就被復制到所有的數據報的標識字段中。

相同的標識字段的值使分片后的各數據報片最后能正確地重裝成為

原來的數據報。

    ⑥標志 (Flag)：占3 位，但目前只有2位有意義。   

標志字段中的最低位記為 MF (More Fragment)。

MF=1即表示后面“還有分片”的數據報。MF=0表示這已是若干數據報片

中的最后一個。

標志字段中間的一位記為 DF(Don't Fragment)，

意思是“不能分片”。只有當 DF=0時才允許分片。(指示原數據報能不能分片)

    ⑦片偏移：占 13位。較長的分組在分片后，

某片在原分組中的相對位置。也就是說，相對用戶數據字段的起點，

該片從何處開始。片偏移以 8個字節為偏移單位。

這就是說，每個分片的長度一定是 8字節 (64位)的整數倍。

    ⑧生存時間：占 8位，生存時間字段常用的英文縮寫是

TTL (Time To Live)，其表明數據報在網絡中的壽命。

由發出數據報的源點設置這個字段。

其目的是防止無法交付的數據報無限制地在因特網中兜圍子，

因而白白消耗網絡資源。最初的設計是以秒作為 TTL的單位。

每經過一個路由器時，就把TTL減去數據報在路由器消耗掉的一段時間。

若數據報在路由器消耗的時間小于 1 秒，就把TTL值減 1。

當 TTL值為 0時，就丟棄這個數據報。

    ⑨協議：占 8 位，協議字段指出此數據報攜帶的數據是使用何種協議，以便使目的主機的IP層知道應將數據部分上交給哪個處理過程。

    ⑩首部檢驗和：占 16位。這個字段只檢驗數據報的首部，

但不包括數據部分。這是因為數據報每經過一個路由器，都要重新計算一下首都檢驗和 (一些字段，如生存時間、標志、片偏移等都可能發生變化)。不檢驗數據部分可減少計算的工作量。

    ⑾源地址：占32位。

    ⑿目的地址：占 32位。

    2. IP數據報首部的可變部分

    IP首都的可變部分就是一個可選字段。選項字段用來支持排錯、測量以及安全等措施，內容很豐富。此字段的長度可變，從 1 個字節到40個字節不等，取決于所選擇的項目。某些選項只需要 1 個字節，它只包括 1 個字節的選項代碼。但還有些選項需要多個字節，這些選項一個個拼接起來，中間不需要有分隔符，最后用全0 的填充字段補齊成為 4字節的整數倍。    增加首都的可變部分是為了增加 IP數據報的功能，但這同時也使得 IP 數據報的首部長度成為可變的。這就增加了每一個路由器處理數據報的開銷。實際上這些選項很少被使用。新的 IPv6就將 IP數據報的首部長度做成固定的。

IP數據包指的是第三層的PDU，

IP首部只是其中的一部分，是在第三層網絡層上加上去的，是給路由器看的。

IP數據包的總長度過大，超過鏈路的最大MTU時，數據包就會被分成多片，

而在如今的IPv4的網絡中，數據傳輸時不可靠的，是盡力而為的，

所以這些分片的數據單元到達對端的鏈路和時間都是不同的，

對端根據IP首部中的標示符（Identification）、標志（Flag）、段偏置值字段

重組數據包。