网络层-第三节1：IP数据报格式及分片

Posted 2022-06-15 快乐江湖

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• 一：IP数据报格式
• 二：IP数据报分片

一：IP数据报格式

• 网络层最重要的便是IP协议，它定义了数据传送的基本单元——IP数据报
  

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IP数据报格式：一个IP分组由首部和数据两部分组成。首部前一部分的长度固定，共20B，是所有IP分组必须具有的。在首部固定部分的后面是一些可选字段，其长度可变，用来提供错误检测及安全等机制。IP 数据报的格式如下图所示

• 版本：指IP的版本，目前广泛使用的版本号为4，即IPv4

• 首部长度：占4位，以32位为单位，最大值为60B (15×4B)。 最常用的首部长度是20B，此时不使用任何选项(即可选字段)

• 区分服务：用于指示期望获得哪种类型的服务

• 总长度：占16位。指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为2¹⁶-1= 65535B。以太网帧的最大传送单元(MTU)为1500B，因此当一个IP数据报封装成帧时，数据报的总长度(首部加数据) 一定不能超过下面数据链路层的MTU值

• 标识：占16位。它是一个计数器，每产生一个数据报就加1，并赋值给标识字段。但它并不是“序号”(因为IP是无连接服务)。当一个数据报的长度超过网络的MTU时，必须分片，此时每个数据报片都复制一次标识号，以便能正确重装成原来的数据报

• 标志：占3位。标志字段的最低位为MF，MF= 1表示后面还有分片、MF=0表示最后一个分片。标志字段中间的一位是DF，只有当DF=0时才允许分片

• 片偏移：占13位。它指出较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以8个字节为偏移单位，即每个分片的长度一定是8B (64位)的整数倍

• 首部校验和：占16位。IP数据报的首部校验和只校验分组的首部，而不校验数据部分

• 生存时间（TTL）：占8位。数据报在网络中可通过的路由器数的最大值，标识分组在网络中的寿命，以确保分组不会永远在网络中循环。路由器在转发分组前，先把TTL减1。若TTL被减为0，则该分组必须丢弃

• 协议：占8位。指出此分组携带的数据使用何种协议，即分组的数据部分应交给哪个传输层协议，如TCP、UDP等（值为6表示TCP，值为17表示UDP）

• 源地址字段：占4B，标识发送方的IP地址

• 目的地址字段：占4B，标识接收方的IP地址

• 可选字段：占0-40B，用于支持排错、测量及安全等措施

• 填充：全0，用于把首部补成4B的整数倍

二：IP数据报分片

IP数据报分片：前面说过，最大传送单元（MTU）是指链路层数据报能承载的最大数据量。因此，由于IP数据报被封装在链路层数据报中，所以链路层的MTU严格限制着IP数据报的长度，而且在IP数据报的源与目的地路径上的各段链路可能使用不同的链路层协议，有不同搞得MTU。所以，当IP数据报的总长度大于链路MTU时，就需要将IP数据报中的数据分装在两个或多个较小的IP数据报中，这些较小的数据报称为片

要完成IP数据报的分片与重组，需要借助IP数据报格式中的标识、标志和片偏移

• 标识：同一数据报的分片使用同一标识
• 标志：中间为DF（DF=1表示禁止分片；DF=0表示允许分片）和最低位MF（MF=1表示后面还有分片；MF=0表示最后一片或者没有分片了）
• 片偏移：指出较长分组分片后某片在原分组中的相对位置，以8B位单位

特别注意： 除了最后一个分片，每个分片长度一定是8B的整数倍