TCP/IP协议学习之IP协议首部格式

注：本文系学习《TCP/IP协议卷一》一书的学习笔记，为了描述精准，部分句子使用书中原文，或稍有不同但含义一样，这些句子会加粗标志。

IP协议是TCP/IP协议族中最核心的协议，所有TCP,UDP,ICMP,IGMP等协议的数据都以IP数据报格式传输。

IP协议是一种不可靠，无连接的的协议，任何可靠性需求都需要上层协议（如TCP协议）控制。

IP协议首部格式：

图片来自书中。

如图中标识，最高位在左边（0bit）最低位在右边（31bit），传输顺序为0～7bit，8～15bit，16～23bit，24～31bit，这种传输顺序称之为网络字节序。

按照顺序首部各字段详细描述：

4位版本：IP协议的版本号，当前Internet大部分都使用第四个版本，即IPv4。常用的还包括IPv6。

4位首部长度：IP数据报首部的长度，通常IP首部都是20个字节。注意，首部长度是用4bit表示的，单位是32bit，4字节，故一般20字节的IP数据报首部中此处的值是5，5×4=32bytes。也可以知道，IP首部最长为15×4=60bytes。

8位服务类型（TOS）：现在大多数的TCP/IP实现都不支持TOS特性。

16位总长度：整个IP数据报的总长度，单位是字节，可知IP数据报最长为2^16=65535，但大部分网络的链路层MTU（最大传输单元）没有这么大，一些上层协议或主机也不会接受这么大的，故超长IP数据报在传输时会被分片。

16位标志：标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加 1。

3位标志：待学习。

13位片位移：待学习。

8位生存时间：TTL(Time To Live)，IP数据报最多经过多路由器，每经过一个路由TTL的值就会减一，以防止没用的数据报在网络中一直存在。当TTL的值为0时，数据报就会被路由丢弃，且路由会发送一个ICMP报文通知源主机。

8位协议：根据此字段决定该数据报由上层那个协议使用，这个过程被称之为分用。

16位首部校验和：校验数据报首部在传输过程中是否出错，若计算结果与预期不符，则丢弃该数据报，但不生成差错报文，由上层发现并决定是否重传。

32位源IP地址：字面意思。

32位目的IP地址：字面意思。

选项：可选信息，可以记录路径，时间戳等，其长度必须是32bit的整数倍，若不足则用0填充（因为4位首部长度的单位就是32bit）。此选项很少使用，因为不是所有主机和路由都支持。

通过wireshark实际抓包截图，可对照学习：