IPv4數(shù)據(jù)報格式及其語義

一、IP數(shù)據(jù)報的格式如下圖所示

版本	首部長度	服務(wù)類型	數(shù)據(jù)報長度
16比特標(biāo)識			標(biāo)志	13比特片偏移
壽命		上層協(xié)議	首部檢驗和
32比特源IP地址
32比特目的IP地址
選項（如果有的話）
數(shù)據(jù)

IPv4數(shù)據(jù)報格式

二、各部分語義

1）版本（號）：4bit,規(guī)定了數(shù)據(jù)包的IP協(xié)議版本；通過查看版本號，路由器能夠確定如何解釋IP數(shù)據(jù)報的剩余部分

2）首部長度：因為IPV4數(shù)據(jù)報可包含一些可變數(shù)量的選項，所以需要用這4bit來確定首部的長度，以確定IP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分實際從哪里開始。大多數(shù)IP數(shù)據(jù)報不包含選項，所以一般IP數(shù)據(jù)報具有20字節(jié)的首部

3）服務(wù)類型：8bit，服務(wù)類型包含在首部中以使不同類型的IP數(shù)據(jù)報能相互區(qū)分開來，例如，將實時數(shù)據(jù)報（如用于IP電話應(yīng)用）與非實時流量（如FTP）區(qū)分開來也許是有用，提供特定等級的服務(wù)是一個由路由器管理員決定的策略問題

4）數(shù)據(jù)報長度：這是IP數(shù)據(jù)報的總長度（首部加上數(shù)據(jù)），以字節(jié)計，因為該字段長為16bit，所以IP數(shù)據(jù)報的理論最大長度為65535字節(jié)，然而數(shù)據(jù)報很少有超過1500字節(jié)的（因為IP數(shù)據(jù)還要靠數(shù)據(jù)鏈路層運輸?shù)?#xff0c;而鏈路層幀能承載的最大數(shù)據(jù)量為叫做最大運輸單元（Maximum Transmission Unit，MTU））

5）標(biāo)識、標(biāo)志、片偏移：

　　要理解這三個內(nèi)容，要先理解一些其他知識

　　（1）分片：把IP數(shù)據(jù)報中的數(shù)據(jù)分成兩個或者更多個較小的IP數(shù)據(jù)報，用單獨的鏈路層幀封裝成較小的IP數(shù)據(jù)報，每個這些較小的數(shù)據(jù)報稱為片

　　（2）為什么要分片：因為每個IP數(shù)據(jù)報封裝在鏈路層幀中從一臺路由器傳輸?shù)较乱慌_路由器，而鏈路層幀能承載的最大數(shù)據(jù)量（最大運輸單? 元（Maximum Transmission Unit，MTU）是一定的，故鏈路層幀嚴(yán)格限制著IP數(shù)據(jù)報的長度；而且發(fā)送方和與目的路徑上的每段鏈路可能使用不同的鏈路層協(xié)議，且每種協(xié)議可能具有不同的MTU，所以就更有可能需要分片了，以便能夠使得數(shù)據(jù)報能夠順利的傳遞數(shù)據(jù)報

　　（3）組裝：目的主機(jī)從相同源收到一系列數(shù)據(jù)報時，需要確定哪些數(shù)據(jù)報是分片，如果是分片的話，還要進(jìn)一步指導(dǎo)何時收到最后一個分片，如何將接收到的分片拼接起來以形成初始的數(shù)據(jù)報，故IPV4的設(shè)計者將標(biāo)識、標(biāo)志和片偏移字段放在IP數(shù)據(jù)報首部中，當(dāng)生成一個數(shù)據(jù)報時，發(fā)送主機(jī)為該數(shù)據(jù)報設(shè)置源和目的地址的同時，再填上標(biāo)識號

標(biāo)識：16bit，源主機(jī)發(fā)送IP數(shù)據(jù)報的時候，通常為它發(fā)送的每個數(shù)據(jù)報的標(biāo)識號加1，所以當(dāng)某個路由器需要對某一個數(shù)據(jù)報分片時，形成的每個數(shù)據(jù)報（分片）具有初始數(shù)據(jù)報的源地址、目的地址、與標(biāo)識號，這樣目的主機(jī)就可以判別哪些分片是屬于一個初始數(shù)據(jù)報的

標(biāo)志：3bit，由于IP是一種不可靠服務(wù)，一個或者多個片可能永遠(yuǎn)到不了目的地，所以為了讓目的主機(jī)絕對的相信它已經(jīng)收到了初始數(shù)據(jù)報的最后一個片，最后一個片的標(biāo)志比特被設(shè)置為0，而所有其他片的標(biāo)志比特被設(shè)置為1

片偏移：13bit，標(biāo)示數(shù)據(jù)相對于初始數(shù)據(jù)報的偏移值，并且偏移值應(yīng)當(dāng)被規(guī)定以8字節(jié)塊為單位。所以除了最后一個片的所有初始有效載荷數(shù)據(jù)的數(shù)量應(yīng)當(dāng)是8字節(jié)的倍數(shù)

6）壽命：8bit，壽命（Time-To_Live ,TTL ）字段是用來確保數(shù)據(jù)報不會永遠(yuǎn)（如由于長時間的路由選擇環(huán)路）在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)，每當(dāng)數(shù)據(jù)報由一臺路由器處理時，該字段的值減1。若TTL字段減為0，則該數(shù)據(jù)報必須丟棄。

7）協(xié)議：8 bit，該字段僅當(dāng)一個IP數(shù)據(jù)報到達(dá)其最終目的地才會有用，改字段指示了IP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分應(yīng)交給哪個特定的運輸層協(xié)議，如：值為6應(yīng)該交給TCP，而值為17表示數(shù)據(jù)部分要交給UDP ，其他可能值查看? ?https://www.iana.org/assignments/protocol-numbers/protocol-numbers.xhtml

8）首部檢驗和： 16bit，首部檢驗和用于幫助路由器檢測收到的IP數(shù)據(jù)報中的比特錯誤。首部檢驗和是這樣計算的：將首部中的每2個字節(jié)當(dāng)做一個數(shù)，用反碼運算對這些數(shù)求和；具體到發(fā)送方或接收方計算如下：

　　在發(fā)送數(shù)據(jù)時，為了計算IP數(shù)據(jù)包的校驗和。應(yīng)該按如下步驟：
　　（1）把IP數(shù)據(jù)包的校驗和字段置為0；
　　（2）把首部看成以16位為單位的數(shù)字組成，依次進(jìn)行二進(jìn)制反碼求和；
　　（3）把得到的結(jié)果存入校驗和字段中。
　? ? 在接收數(shù)據(jù)時，計算數(shù)據(jù)包的校驗和相對簡單，按如下步驟：
　　（1）把首部看成以16位為單位的數(shù)字組成，依次進(jìn)行二進(jìn)制反碼求和，包括校驗和字段；
　　（2）檢查計算出的校驗和的結(jié)果是否等于零（反碼應(yīng)為16個0）；
　　（3）如果等于零，說明被整除，校驗和正確。否則，校驗和就是錯誤的，協(xié)議棧要拋棄這個數(shù)據(jù)包。

路由器要對每個收到的IP數(shù)據(jù)報計算其首部檢驗和，如果數(shù)據(jù)報首部中攜帶的檢驗和與計算得到的檢驗和不一致，則檢驗出是個差錯，路由器一般會丟棄檢測出錯誤的數(shù)據(jù)報

9）源和目的IP地址：32bit，當(dāng)某源生成一個數(shù)據(jù)報時，在這兩個字段中插入發(fā)送主機(jī)的IP地址和目的地的IP地址，通常源主機(jī)DNS查找來決定目的地址

10）選項：32bit，選項字段允許IP首部被擴(kuò)展。首部選項意味著很少使用，因此決定對每個數(shù)據(jù)報首部不包括選項字段的信息，這樣能夠節(jié)約開銷，但是因為有些數(shù)據(jù)報有選項，有些數(shù)據(jù)報沒有選項，故導(dǎo)致一臺路由器處理一個IP數(shù)據(jù)報所需的時間變化很大。

11）數(shù)據(jù)（有效荷載）：32bit，這是數(shù)據(jù)報存在的首要理由！大多數(shù)情況下，IP數(shù)據(jù)報中的數(shù)據(jù)字段包含要交付給目的地運輸層報文段（UDP或TCP）

注：注意到一個IP數(shù)據(jù)報有總長為20字節(jié)的首部（假設(shè)無選項）如果一個數(shù)據(jù)報承載一個TCP報文，則每個（無分片的）數(shù)據(jù)報共承載了總長40字節(jié)的首部（20字節(jié)的IP數(shù)據(jù)報加上20字節(jié)的TCP首部）以及應(yīng)用文報文

三、關(guān)于標(biāo)識、標(biāo)志、片偏移的例子

　　假設(shè)一個4000字節(jié)的數(shù)據(jù)報（20字節(jié)加上3980字節(jié)IP數(shù)據(jù)有效荷載）到達(dá)路由器，且必須被轉(zhuǎn)發(fā)到一條MTU為1500字節(jié)鏈路上，該如何進(jìn)行分片？

　　答：初始數(shù)據(jù)報會被分為3個片，其中的每個片也是一個IP數(shù)據(jù)報，假定該數(shù)據(jù)報的發(fā)送時，主機(jī)給予的標(biāo)識號為777，三個片的特點如下：

片	字節(jié)	ID	偏移	標(biāo)志
第一片	1480 ?	ID=777	Offset=0	Flag=1
第二片	1480 ?	ID=777	Offset=185	Flag=1
第三片	1020（3980-1480*2）	ID=777	Offset=370	Flag=0

注：此時就需要4040個字節(jié)來運輸初始數(shù)據(jù)報，所以分片是需要開銷的

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posted on 2019-06-24 22:20?初妍 閱讀(...) 評論(...) 編輯 收藏

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的IPv4数据报格式及其语义的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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