【Linux网络编程】IP 数据报格式详解
IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部
TCP/IP 協(xié)議定義了一個(gè)在因特網(wǎng)上傳輸?shù)陌?#xff0c;稱(chēng)為 IP 數(shù)據(jù)報(bào) (IP Datagram)。這是一個(gè)與硬件無(wú)關(guān)的虛擬包，由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。
首部的前一部分是固定長(zhǎng)度，共 20 字節(jié)，是所有 IP 數(shù)據(jù)報(bào)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(zhǎng)度是可變的。首都中的源地址和目的地址都是 IP 協(xié)議地址。
IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段：
1）版本：占4位，指IP協(xié)議的版本。
通信雙方使用的?IP 協(xié)議版本必須一致。日前廣泛使用的 IP 協(xié)議版本號(hào)為 4 (即 IPv4)。IPv6 目前還處于起步階段。
2）首部長(zhǎng)度：占 4 位，可表示的最大十進(jìn)制數(shù)值是 15。
請(qǐng)注意，這個(gè)字段所表示數(shù)的單位是32位字 ( 1 個(gè) 32 位字長(zhǎng)是 4 ?字節(jié))，因此，當(dāng) IP 的首部長(zhǎng)度為 1111 時(shí) ( 即十進(jìn)制的 15 )，首部長(zhǎng)度就達(dá)到 60 字節(jié)。
當(dāng) IP 分組的首部長(zhǎng)度不是 4 字節(jié)的整數(shù)倍時(shí)，必須利用最后的填充字段加以填充。因此數(shù)據(jù)部分永遠(yuǎn)在 4 字節(jié)的整數(shù)倍開(kāi)始，這樣在實(shí)現(xiàn) IP 協(xié)議時(shí)較為方便。首部長(zhǎng)度限制為 60 字節(jié)的缺點(diǎn)是有時(shí)可能不夠用。這樣做的目的是希望用戶(hù)盡量減少開(kāi)銷(xiāo)。
最常用的首部長(zhǎng)度就是 20 字節(jié) (即首部長(zhǎng)度為 0101)，這時(shí)不使用任何選項(xiàng)。
3）服務(wù)：占 8 位，用來(lái)獲得更好的服務(wù)，一般不使用。
服務(wù)類(lèi)型字段實(shí)際上被劃分為 2 個(gè)部分，一部分為優(yōu)先權(quán)一部分為 TOS。優(yōu)先權(quán)用來(lái)設(shè)定報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，就像郵包分為掛號(hào)和平信一樣。TOS 允許按照吞吐量、時(shí)延、可靠性和費(fèi)用方式選擇傳輸服務(wù)，在早期的時(shí)候，TOS 還被用來(lái)進(jìn)行路由選擇。在 QOS 中有時(shí)也會(huì)使用優(yōu)先權(quán)，常見(jiàn)的優(yōu)先權(quán)隊(duì)列。
這個(gè)字段在舊標(biāo)準(zhǔn)中叫做服務(wù)類(lèi)型，但實(shí)際上一直沒(méi)有被使用過(guò)。1998 年 IETF 把這個(gè)字段改名為區(qū)分服務(wù) DS ( DifferentiatedServices )。只有在使用區(qū)分服務(wù)時(shí)，這個(gè)字段才起作用。
4）總長(zhǎng)度：總長(zhǎng)度指首都及數(shù)據(jù)之和的長(zhǎng)度，單位為字節(jié)。
因?yàn)榭傞L(zhǎng)度字段為 16 位，所以數(shù)據(jù)報(bào)的最大長(zhǎng)度為 65535 字節(jié)。在 IP 層下面的每一種數(shù)據(jù)鏈路層都有自己的幀格式，其中包括幀格式中的數(shù)據(jù)字段的最大長(zhǎng)度，即最大傳送單元 MTU (Maximum Transfer Unit)。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)封裝成鏈路層的幀時(shí)，此數(shù)據(jù)報(bào)的總長(zhǎng)度 ( 即首部加上數(shù)據(jù)部分 )一定不能超過(guò)下面的數(shù)據(jù)鏈路層的 MTU 值。
如果報(bào)文總長(zhǎng)度大于數(shù)據(jù)鏈路可傳輸?shù)淖畲髠鬏攩卧?#xff08;MTU），那么就會(huì)對(duì)報(bào)文進(jìn)行分片，詳情請(qǐng)看《IP 分片丟失重傳》。
5）標(biāo)識(shí) ( Identification )：占 16位。
IP 軟件在存儲(chǔ)器中維持一個(gè)計(jì)數(shù)器，每產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，計(jì)數(shù)器就加 1，并將此值賦給標(biāo)識(shí)字段。但這個(gè)“標(biāo)識(shí)”并不是序號(hào)，因?yàn)?IP 是無(wú)連接的服務(wù)，數(shù)據(jù)報(bào)不存在按序接收的問(wèn)題。
當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)由于長(zhǎng)度超過(guò)網(wǎng)絡(luò)的 MTU 而必須分片時(shí)，這個(gè)標(biāo)識(shí)字段的值就被復(fù)制到所有的數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識(shí)字段中。相同的標(biāo)識(shí)字段的值使分片后的各數(shù)據(jù)報(bào)片最后能正確地重裝成為原來(lái)的數(shù)據(jù)報(bào)。
6）標(biāo)志 ( Flag )：占3 位，但目前只有2位有意義， ?其中第一位沒(méi)有被使用。
?第二位是不分片位，當(dāng) DF?位被置1，表示路由器不能對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行分片處理，如果報(bào)文由于不能被分片而不能被轉(zhuǎn)發(fā)，那么路由器將丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)包，并向源地址發(fā)送錯(cuò)誤報(bào)告。這一功能可以用來(lái)測(cè)試線路的最大傳輸單元。只有當(dāng) DF = 0 時(shí)才允許分片。
第三位為 MF，當(dāng)路由器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分片時(shí)，除了最后一個(gè)分片的 MF 位為 0 外，其他所有的 MF 全部為 1，表示其后面還有其他的分片。
MF = 1 即表示后面 “還有分片” 的數(shù)據(jù)報(bào)。
MF = 0表示這已是若干數(shù)據(jù)報(bào)片中的最后一個(gè)。
7）片偏移：占 13位。較長(zhǎng)的分組在分片后，某片在原分組中的相對(duì)位置。
也就是說(shuō)，相對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)字段的起點(diǎn)，該片從何處開(kāi)始。片偏移以 8 個(gè)字節(jié)為偏移單位。這就是說(shuō)，每個(gè)分片的長(zhǎng)度一定是 8 字節(jié) ( 64 位)的整數(shù)倍。
8）生存時(shí)間：占 8 位，生存時(shí)間字段常用的英文縮寫(xiě)是?TTL ( Time To Live )，其表明數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中的壽命。
由發(fā)出數(shù)據(jù)報(bào)的源點(diǎn)設(shè)置這個(gè)字段。其目的是防止無(wú)法交付的數(shù)據(jù)報(bào)無(wú)限制地在因特網(wǎng)中兜圍子，因而白白消耗網(wǎng)絡(luò)資源。
最初的設(shè)計(jì)是以秒作為 TTL 的單位。每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器時(shí)，就把 TTL 減去數(shù)據(jù)報(bào)在路由器消耗掉的一段時(shí)間。若數(shù)據(jù)報(bào)在路由器消耗的時(shí)間小于 1 秒，就把 TTL 值減 1。當(dāng) TTL 值為 0 時(shí)，就丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)。當(dāng) TTL 為零的時(shí)候，就會(huì)丟棄這個(gè)報(bào)文，同時(shí)向源地址發(fā)送錯(cuò)誤報(bào)告，促使重新發(fā)送。
9）協(xié)議：占 8 位，協(xié)議字段指出此數(shù)據(jù)報(bào)攜帶的數(shù)據(jù)是使用何種協(xié)議，以便使目的主機(jī)的 IP 層知道應(yīng)將數(shù)據(jù)部分上交給哪個(gè)處理過(guò)程，常用的有ICMP(1), IGMP(2), TCP(6), UDP(17), IPv6（41）
10）首部檢驗(yàn)和：占 16 位。這個(gè)字段只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)的首部，但不包括數(shù)據(jù)部分。
這是因?yàn)閿?shù)據(jù)報(bào)每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器，都要重新計(jì)算一下首都檢驗(yàn)和 ( 一些字段，如生存時(shí)間、標(biāo)志、片偏移等都可能發(fā)生變化 )。不檢驗(yàn)數(shù)據(jù)部分可減少計(jì)算的工作量。
11）源地址：發(fā)送方IP地址
IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部的可變部分：
IP 首都的可變部分就是一個(gè)可選字段。選項(xiàng)字段用來(lái)支持排錯(cuò)、測(cè)量以及安全等措施，內(nèi)容很豐富。此字段的長(zhǎng)度可變，從 1 個(gè)字節(jié)到 40 個(gè)字節(jié)不等，取決于所選擇的項(xiàng)目。
某些選項(xiàng)只需要 1 個(gè)字節(jié)，它只包括 1 個(gè)字節(jié)的選項(xiàng)代碼。但還有些選項(xiàng)需要多個(gè)字節(jié)，這些選項(xiàng)一個(gè)個(gè)拼接起來(lái)，中間不需要有分隔符，最后用全 0 的填充字段補(bǔ)齊成為 4字節(jié)的整數(shù)倍。增加首都的可變部分是為了增加 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的功能，但這同時(shí)也使得 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部長(zhǎng)度成為可變的。這就增加了每一個(gè)路由器處理數(shù)據(jù)報(bào)的開(kāi)銷(xiāo)。
實(shí)際上這些選項(xiàng)很少被使用。新的 IPv6就將 IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部長(zhǎng)度做成固定的。
轉(zhuǎn)自：http://blog.163.com/
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