4.7IPv4数据报的首部格式

4.7 IPv4数据报的首部格式.pdf
IP协议的组成：

在IP协议中分为两部分：

固定部分：
由20子节组成，是每个IP数据报都必须包含的部分。

可变部分：
可选字段，由40个子节组成，用来增加IP数据报的功能。

IP数据报的首部的每一行都由32个比特（4个子节）组成。

在图中的每个小个子称为字段或者域。每个字段或者某个字段的组合用来表示IP协议的相关功能。

相关字段功能解释：
版本字段：

4×5=20；
4×15=20+40；
首部长度字段：

可选字段：


填充字段：

• 填充字段为了确保首部长度为4的整数倍。使用全0进行填充。

  因为IP地址首部的可选字段的长度为1个子节到40个子节不等。为了确保首部长度整体是4字节的倍数，因此需要用首部填充字段进行填充。

区分服务字段：

总长度字段:

首部字段和总长度字段的区别和联系：

在该IP数据报中，由首部和数据载荷部分组成，这两部分是怎么跟IP数据报首部格式联系起来的呢？

例如：
IP数据报首部长度字段值为:0101（十进制为5）。总长度字段为000000111111100（十进制为1020）.

标识、标志、片偏移字段：

• 这三个字段共同用户数据报分片，此时就引起了数据报分片的概念。

  数据报分片：

• 简单来说，数据报分配就是数据报长度超过最大传输单元时，将数据报进行分割的操作。

• 数据报长度超过最大传输单元（MTU）时,将无法封装成帧，因此就将原IP数据报进行分片，使其成为更小的IP数据报。再逐个分配IP数据报封装成帧进行递交给物理层处理。

• 以太网规定MTU的值为1500子节

标识、标志、片偏移含义：

对IP数据报进行分片举例：

对于该数据报，长度为数据载荷子节+固定首部子节 = 3800子节。

若在以太网进行传输时，明显是超过以太网MTU的，此时便无法正常封装成帧，因此需要对其及进行分片。

在分片时，首先给数据载荷个字节进行编号。

编号完毕后根据合适的大小将其进行分组

分组完毕后再给其加上一个新的首部。

然后就要开始填写分组各首部的数据，也就是图中表格的填写。

首先回忆一下各个标识的含义：

MF:标识后面还有没有分片数据报，即自己是不是最后一个分片。

DF:标识可否进行分片。

片偏移：记录片偏移的地址量（就是分片首部地址编号跟原首部地址的编号偏移了多少个地址）

我们对分片数据报1的首部各个字段进行解释：

总长度字段：由于分片长度为数据载荷长度+分片首部 = 1400 + 20 = 1420

标识字段：用于标识本个分片，设置为12345

MF:由于这是分片1，后面还有分片2，因此该标识位为1

DF:该分片可以继续分片，因而其值为0

片偏移量:
标识分片首部相对于原数据报首部的偏移地址，计算方式为：分片首部地址/片偏移量单位。

因此此处的数据为0/8 = 0，标识标识与原数据报的首部地址偏移地址为0，也就是没有偏移。

表格中其他数据大同小异，不再进行赘述。

此时若需要，还可以对某分片进行再度分片，例如，对分片2进行再度分片：

生存时间字段：

• 生存时间字段TTL的一个重要作用：防止IP数据报在网络中永久兜圈

  举例：

  
  假设错误配置成了R1
  

  在此图中，由于人工设置静态路由条目出现错误，很明显会出现路由环路问题，导致IP数据报在路由环路之间循环传输，永久兜圈。

此时TTL就可以在一定时间走过后没有到达目的路由器就会将其进行丢弃，防止IP数据报出现永久兜圈。

协议字段：

若协议字段为1，则其为ICMP封装的协议数据单元。

首部检验和字段：

值得注意的是，由于其计算过程耗时，在IPv6中已不再计算首部校验和。

源IP地址、目的IP地址字段：

练习：