【TCP/IP 笔记】IPv4-02 | IPv4 报头详解

参考 http://tcpipguide.com

IPv4 数据报的一般格式

Version

用于标识生成该数据报的 IP 版本。对于 IPv4 这里的值为 4。

IHL (Internet Header Length)

以 32 比特为一个单位指出 IP 头的长度，包括选项和填补部分，当没有选项时这个值为 5。

TOS (Type Of Service)

携带 IP 数据报的服务质量特征信息，如优先传递，其含义后来被重新定义以供称为差异化服务 (Differentiated Services, DS) 的技术使用。

子字段	长度 (bits)	描述
Precedence	3	指示数据报的优先级，下面有八个定义的值，从最低到最高 Precedence 值 优先级 000 Routine 001 Priority 010 Immediate 011 Flash 100 Flash Override 101 CRITIC/ECP 110 Internetwork Control 111 Network Control
D	1	如果需要低延迟传输则设为 1，否则为 0
T	1	如果需要更高吞吐量传输则设为 1，否则为 0
R	1	如果需要更可靠的传输则设为 1，否则为 0
Reserved	2	保留

TL (Total Length)

以字节 (byte) 为单位指出 IP 数据报的总长度。因为这个字段只有 16 bits 所以 IP 数据报的最大长度为 65,535 Bytes，实际上大多数都远小于这个上限。

Identification

这个字段的值对于属于同一数据报的碎片是相同的，这样接收方在重组时才能分辨哪些碎片是属于一个数据报的。

Flags

用来管理碎片。

子字段名称	长度 (bits)	描述
Reserved	1	保留
DF	1	值为 1 时表示该数据报不能被分片，因为分片操作对更高层的协议不可见，所以很多时候不会设置这个值。但也不是没用，常用与测试最大 MTU
MF	1	值为 0 时表示该数据报为最后一块碎片；值为 1 时表示后面还有若干数据报碎片。

Fragment Offset

当数据报被分片时，这个字段指出当前碎片在原数据报中的偏移量或位置，以 8 Bytes 为一个单位，第一个碎片的偏移量为 0。

TTL (Time To Live)

指出数据报允许在互联网中存活的时间，没经过一个路由器，路由器就会将这个值减 1，当这个值为 0 时路由器将丢弃该数据报不再转发。这其实是指出数据报的最多跳数而非时间。

Protocol

指出数据报中携带的更高层协议。

值（16 进制）	值（10 进制）	协议
00	0	保留
01	1	ICMP
02	2	IGMP
03	3	GGP
04	4	IP-in-IP Encapsulation
06	6	TCP
08	8	EGP
11	17	UDP
32	50	Encapsulating Security Payload (ESP) Extension Header
33	51	Authentication Header (AH) Extension Header

Header Checksum

仅计算报头的校验和，以提供对传输中的损坏的基本保护，不对数据进行校验和。

Source Address & Destination Address

源地址和目标地址。

Options

每个 IP 选项都有自己的 子字段格式，下图和表表示通用选项格式：

子字段名称	长度 (Bytes)	描述
Option Type	1	这 8 bits 被分成如下三个子子字段 子子字段名称 长度 (bits) 描述 Copied 1 如果设为 1 则说明当数据报被分片时，这个选项要复制到所有分片中，反之设为 0 Option Class 2 指定可能的四个值中的一个，用于指示该选项所属的类别，实际上只有两个值被使用：0 表示控制选项 (Control Options)；2 表示调试和测量。 Option Number 5 指定选项的种类，因为长度为 5 bits，所以每个类别的选项可以有 32 个种类
Option Length	0 or 1	以 Byte 为单位指出变长选项的长度，包括这里所说的三个子字段。
Option Data	0 or Variable	为变长选项提供，包含选项要发送的数据。

Option Class	Option Number	Length (Bytes)	Option Name	Description
0	0	1	End Of Options List	只含有一个 0 Byte 的选项，用来标记选项列表的结尾。
0	1	1	No Operation	虚拟选项，用于内部填充，用于一些需要 32-bit 对齐的选项。
0	2	11	Security	为军方提供的选项，用于指示 IP 数据报的安全分类。
0	3	Variable	Loose Source Route	包含一个 IP 地址列表，用来指定数据报必须准确、按顺序使用所给 IP 地址列表的路由器到达终点，途中可以使用列表外的路由器做中间跳转。
0	7	Variable	Record Route	如果数据报含有这个选项，那么处理这个数据报的路由器会将自己的 IP 地址添加到这个选项中，这样接收方就可以提取地址列表查看数据报采用的路由。 因为这个选项的长度是由发送该数据报的设备设置的，它不会在路由途中增大，所以，如果在到达目的之前该选项已经填满，那么将只记录了部分路由。
0	9	Variable	Strict Source Route	和 Loose Source Route 选项类似，但是不允许列表外的路由器做中间跳转。
2	4	Variable	Timestamp	和 Record Route 选项类似，不同的是处理该数据报的路由器往选项里添加的是时间戳，这样接收方就可以知道数据报在各个路由器之间传输所用的时间。途中同样不能修改该选项的长度。
2	18	12	Traceroute	用于 traceroute 程序的增强。

Padding

如果有选项，使得报头长度不为 32 bits 的倍数，就用 0 去填补，使得报头长度始终为 32 bits 的倍数。

Data

要传送的数据。