计算机网络（十三）IPv4首部及IPv6首部格式

1.IPv4首部

通过IP进行通信时，需要在数据的前面加入IP首部信息。
IP首部中包含着用于IP协议进行发包控制时所必有的必要信息。

a.版本（Version）

由4比特构成，表示标识IP首部的版本号。
IPv4的版本号即为4，因此在这个字段上的值也是“4”。

b.首部长度（IHL）

由4比特构成，表明IP首部的大小，单位为4字节(32比特）。
对于没有可选项的IP包，首部长度则设置为"5"。即当没有可选项时，IP首部的长度为20字节(4x5=20)。

c.区分服务（TOS）

由8比特构成，用来表明服务质量。
这个值常由应用制定，实现TOS控制极其复杂，导致TOS整个互联网几乎就没有被投入使用。

d.DSCP段与ECN段

DSCP（差分服务代码点）是TOS的一部分。现在统称为DiffServ, 用来进行质量控制。
如果3-5位的值为0，0-2位则被称作类别选择代码点。这样就可以像TOS的优先度那样提供8种类型的质量控级别。
果第5位为1，表示实验或本地使用的意思。
ECN (显式拥塞通告）用来报告网络拥堵情况，由两个比特构成。
第6位的ECT用以通告上层TCP层协议是否处理ECN 。
当路由器在转发ECN为1的包的过程中，如果出现网络拥堵的情况，就将CE位设置为1

e.总长度（Total Length）

表示IP首部与数据部分合起来的总字节数。该字段长16比特。 因此IP包的最大长度为65535字节。

f.标识（ID）

由16比特构成，用于分片重组。
同一个分片的标识值相同，不同分片的标识值不同。
通常，每发送一个IP包，它的值也逐渐递增。
即使ID相同，如果目标地址、源地址或协议不同的话，也会被认为是不同的分片。

g.标志（Flags）

由3比特构成，表示包被分片的相关信息。

h.片偏移（FO）

由13比特构成，用来标识被分片的每一个分段相对于原始数据的位置。
第一个分片对应的值为0。
由于FO域占13位，因此最多可以表示8192个相对位置。
单位为8字节，因此最大可表示原始数据8x8192=65536字节的位置。

i.生存时间（TTL）

由8比特构成，它最初的意思是以秒为单位记录当前包在网络上应该生存的期限。
在实际中它是指可以中转多少个路由器的意思。每经过一个路由器，TTL会减少1, 直到变成0则丢弃该包。

j.协议（Protocol）

由8比特构成，表示IP首部的下一个首部隶属于哪个协议。

k.首部校验和（Header Checksum）

由16比特构成，也叫IP首部校验和。
该字段只校验数据报的首部，不校验数据部分。确保IP数据报不被破坏。
校验和的计算过程：
1.首先要将该校验和的所有位置设置为0
2.以16比特为单位划分IP首部
3.并用1补数计算所有16位字的和
4.最后将所得到这个和的1补数赋给首部校验和字段。

l.源地址（Source Address）

由32比特构成，表示发送端IP地址。

m.目标地址（Destination Address）

由32比特构成，表示接收端IP地址。

n.可选项（Options）

长度可变，通常只在进行实验或诊断时使用。该字段包含如下几点信息：
1.安全级别
2.源路径
3.路径记录
4.时间戳

o.填充（Padding）

也称作填补物。在有可选项的情况下，首部长度可能不是32比特的整数倍。为此，通过向字段填充0, 调整为32比特的整数倍。

p.数据（Data）

存入数据。将IP上层协议的首部也作为数据进行处理。

2.IPv6首部格式

IPv6中为了减轻路由器的负担，省略了首部校验和字段，路由器不再需要计算校验和，从而也提高了包的转发效率。
分片处理所用的识别码成为可选项。
IPv6的首部及可选项都由8字节构成。

a. 版本（Version）

与IPv4一样，由4比特构成。IPv6其版本号为6,因此在这个字段上的值为"6" 。

b.通信量类（Traffic Class）

相当于IPv4的TOS字段，也由8比特构成。

c.流标号（Flow Label）

由20比特构成，准备用于服务质量控制（QoS）。
在进行服务质量控制时，将流标号设置为一个随机数；
然后利用一种可以设置流的协议RSVP在路由器上进行QoS设置。
流标号、源地址以及目标地址三项完全一致时，才被认为是一个流。

d.有效载荷长度（Payload Length）

有效载荷是指包的数据部分。
IPv4的TL是指包括首部在内的所有长度。然而IPv6中的这个Playload Length不包括首部，只表示数据部分的长度。
由于IPv6的可选项是指连接IPv6首部的数据，因此当 有可选项时，此处包含可选项数据的所有长度就是Playload Length。

e.下一个首部（Next Header）

相当于IPv4中的协议字段。由8比特构成。
通常表示IP的上一层协议是TCP或UDP。
在有IPv6扩展首部的情况下，该字段表示后面第一个扩展首部的协议类型。

f.跳数限制（Hop Limit）

由8比特构成。与 IPv4中的TTL意思相同。
数据每经过一次路由器就减1, 减到0则丢弃数据。

g.源地址（Source Address）

由128比特构成。表示发送端IP地址。

h.目标地址（Destination Address）

由128比特构成。表示接收端IP地址。

3.IPv6扩展首部

IPv6的首部长度固定，无法将可选项加入其中。取而代之的是通过扩展首部对功能进行了有效扩展。
扩展首部通常介于IPv6首部与TCP/UDP首部中间。
IPv6的扩展首部可以是任意长度。
扩展首部当中还可以包含扩展首部协议以及下一个扩展首部字段。
IPv6首部中没有标识以及标志字段，在需要对IP数据报进行分片时，可以使用扩展首部。

当需要对IPv6的数据报进行分片时，可以设置为扩展域为44 (Fragemant Header)。
使用IPsec时，可以使用50、 51的ESP、AH。
Mobile IPv6的情况下可以采用60与135的目标地址选项与移动首部。