IP报文头详解

Posted 2020-10-22

IPv4报头：

报头长度：20-60字节bytes 

白色部分为固定头部部分（20 bytes），绿色option选项部分为可选部分。  

固定头部大小计算： 

4bit + 4bit + 8bit + 16bit +16bit + 3bit + 13bit + 8bit +8bit + 16bit + 32bit(源IP) + 32bit(目IP) = 160bit = 20byte  

所以IP头必须大于等于20byte，最大为60byte意味着Option选项部分取值范围0-40bits

 1、 VER（版本）：用于区分不同IP版本。如IPv4、IPv5、IPv6，用4bit表示，IPV4=0100

 2、  HLEN（头部长度）：因为头部长度不固定（Option可选部分不固定），所以需要标识该分

组的头部长度多少，用4bit表示，以4byte为单位，取值范围：5-15，即20-40byte（其他字段也是类似的计算方式，因为bit位是不够表示该字段的值） 

3、 Service type（Type of Service服务类型：TOS）：用来指定特殊的报文处理方式，又划分为IP precedenc和D/T/R和reserve保留字段，RFC2474的ToS取消了IP precedence字段而使用了DSCP，QoS里有描述，给QoS用来打标签。TOS字段历史：

4、 Total Length（总长度）：整个IP分组的长度，可用总长度减去头部长度获得实际报文数据的长度，取值范围0-65535byte，链路只允许1500byte，所以一般都需要MTU分片 

5、 Identification（ID：标识符）：通常与标记字段和分片偏移字段一起用于IP报文的分片。

当原始报文大小超过MTU，那么就必须将原始数据进行分片。每个被分片的报文大小不得超过MTU，而这个字段还将在通一原始文件被分片的报文上打上相同的标记，一边接收设备可以识别出属于同一个报文的分片，“类似于进程号”，有时候电信会用他来识别流量是否是同一台主机（因为做了PAT后源ip都是一样的）

6、 Flags（标记）：第1位没有被使用，第2位D是不分片位（DF），当DF位设置为1时，表示路由器不能对报文进行分片处理，第3位M表示还有后继分片（MF），当路由器对报分进行分片时，除了最后一个分片的MF位设置为0外，其他所有分片的MF位均设置1，以便接收者直到收到MF位为0的分片为止

7、 Fragmentation offset（分片偏移）：标识某个分片在分组中的位置. 

数据为何要分片（MTU）：任何一个物理网络都有一个最大的传输单元，物理介质传输的能力是有限制的，不可能一次可传无限的数据帧。 

以太网最大的帧长为1518， IP报文1500byte + 帧头18byte = 1518byte

注意：Ethernet以太网跟802.3以太网有所区别，802.3是由IEEE指定的标准，比较复杂用的比较少，网卡一般两种都支持。

IP数据包的MTU值在各种物理线路环境下对应的MTU取值：(注意：不包含帧头和尾)

8、 Time to live（TTL：生存时间）：也就是跳数的大小，即数据包能传多少跳 

如ping命令里的TTL，根据操作系统的不同TTL默认最大取值也会有所不同， linxu为

TTL=255，win98为TTL=128，win7为TTL=64这都是由应用程序自由决定的。 

注意：TTL并不是一个真正时间值，因为分组的往返所花的时间（包括线路、路由器处理的时间），到底要设置TTL为多少是非常的困难的，所以用跳数来表示，而实际的往返时间计算保存在ICMP所封装的数据里。如下图的time=2ms才是真正的往返时间

最后的接收者是不需要检查该包的TTL值是否为0，因为没再转发的必要。 

注意：该显示的TTL值是响应方的TTL值（响应方发送的响应包的TTL值，通过中间减跳

后的最终显示在发送者终端上），而不是你自己的TTL值，所以通过ping看TTL值可以简单判断对方是什么操作系统 

9、 Protocol（协议）：标识出传输层的地址或协议号，也就是说表示数据要进行什么样的上层服务，应该交给自己上一层的哪个协议（ICMP/IGMP/OSPF都介于网络层和传输层之间，但一般视作网络层，因为都需要用IP报头封装。所以1 代表交给ICMP，6代表交给TCP 

10、Header checksum（报头校验和）：用于校验检查IP报头是差错。 

    1）只校验头部，数据部分由高层协议校验（TCP头的校验字段包含IP头和数据的校验，

IPSec的NAT-T穿越时有讲，链路层的帧校验包含整个帧） 

    2）无需重复校验数据部分 

    3）缩短了路由器转发分组时的处理时间，把工作交给终端主机使用高层的协议校验数据

校验和计算方法： 

首先把检验和字段置为0。然后，对首部中每个16 bit（切割成多个16bit组）进行二进制反码求和（整个首部看成是由一串16 bit的字组成），结果存在检验和字段中。当收到一份IP数据报后，同样对首部中每个16 bit进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全1。如果结果不是全1（即检验和错误），那么IP就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传。 报头：1011011101111011 = 16bit 反码：0100100010000100 求和：1111111111111111 

11、source ip address：源IP地址，32bit 

12、Destination ip address：目的IP地址，32bit 

13、Option可选字段：Option字段很少使用，用于控制、转发要求、测试等