计算机网络数据通信部分之网络层IP报文格式解析

IP(网际协议):

即(Internet Protocol),又称为互联网协议。工作在OSI七层参考模型中的第三层——网络层。互联网协议主要负责网络层寻址、路由选择、分段及包重组。与IP协议配套使用的还有ARP、ICMP、IGMP协议。

1. IP的主要作用：

   1、标识节点和链路
   用唯一的IP地址标识每一个节点
   用唯一的IP网络号标识每一个链路

   2、寻址和转发
   确定节点所在网络的位置，进而确定节点所在位置
   IP路由器选择适当的路径将IP包转发到目的节点

   3、适应各种数据链路
   根据链路的MTU(最大传输单元)对IP包进行分片和重组
   为了通过实际的数据链路传递信息，需建立IP地址到数据链路层地址的映射

2. 三层设备——路由器（Router）：

   互联网由众多的路由器和网段构成，每个网段对应一个链路，路由器在这些网段之间执行数据转发的服务。

   路由器主要功能：
   1、连接分离的网络，路由器每个接口都处于一个网段，它将原本孤立的局域网络连接起来，实现大规模的网络通信。
   2、链路层协议适配，由于链路层协议多样性，不同类的链路之间不能直接通信，路由器可以适配各种数据数据链路协议和速率，使其间的通信成为可能。
   3、各局域网之间数据包的转发，路由器之间需要运行GGP（Gateway to Gateway protocol）协议，交换路由信息和其他控制信息，从而掌握去往每个目的网络的正确路径，主要包括（RIP、OSPF、BGP等路由协议）

3. IP报文格式：
   

   以上部分就是IP报文首部组成，固定部分20字节，可变部分最大40字节，即IP报文首部最大为60字节。

   Vrsion：占4位，指IP协议版本，通信双方使用的IP协议版本必须一致，目前广泛使用的是IPV4版本，即版本号为4，另外还有IPV6版本，版本号为6。

   IHL：因特网报头长度，占4位，可表示的最大十进制是15，其最小值为5，因为首部最小长度要20字节。当首部长度的值为15时，表示首部60字节。当IP分组的首部长度不是4字节的整数倍时，必须利用最后的Padding字段加以填充。因此，IP数据包的数据部分永远在4字节的整倍数开始。

   Type of Service:服务类型，占8位。用来获得更好的服务，该字段在旧标准中叫做服务类型，实际上一直没有被使用过，98年IETF将其改为区分服务DS。只有在使用区分服务时，该字段才使用。一般情况不会使用。

   Total Length：总长度，占16位，指首部和数据部分总和的长度，因此数据包的最大长度为65535字节，实际上这么大的报文在现实中时极少遇到的。（常用的以太网规定MTU的值1500字节，若传送的报文超过该值，就必须对其分片处理）

   Identification：标识，占16位。IP软件在存储器中维持一个计数器，每产生一个报文，计数器加1，并将此值赋给标识字段。这个标识符的值被复制到所有数据包文的标识字段中，相同的标识字段的值使分片后的各数据报片能够正确的重组起来。

   Flags：标志，占3位，目前只有两位有意义
   最低位 ：MF（More Fragment）。当MF=1，表示后面还有分片的数据报；反之，表示已是若干报片中的最后一个。
   中间位：DF（Don’t Fragment）。当DF=1，表示不能分片；反之，可以分片。

   Fragment Offset：片偏移，占13位。较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置，也就是说，相对于用户数据字段的起点，该片从何处开始。片偏移以8字节为偏移单位，即每个分片的长度都是8字节的整数倍。

   Time to Live:生存时间，占8位。表明数据报在网络中的寿命，由发出数据报的源点设置该字段，目的是防止无法交付的数据报在互联网中兜圈子，从而浪费网络资源。当数据报每经过一个路由器时，将TTL值减1,直到值为0，将丢弃该数据报。

   Protocol：协议，占8位。指出此数据报携带的数据是何种协议，以便使目的主机的IP层知道应将数据部分上交哪个协议进行处理。

   Header Checksum:首部检验和，占16位。该字段只检验数据报的首部，不包括数据部分。

   Source Address:源地址，占32位。发送方的IP地址。

   Destination Address:目的地址，占32位。接收方的IP地址。