计算机网络 网络层 IP 数据报的格式以及分片
IP 数据报的格式
一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。
首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。
在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。(可有可无)
IP协议主要是将包从源地址发往目标地址，里面最重要的就是源地址和目标地址，源和目的地址各占4个字节。
版本4比特，用来指定是IPV4还是IPV6。
这个字段占8比特，作用是给数据包加上标记，在路由器那边带有标记的优先转发，这能够确保某种应用的流量带宽有保障。
占用两个字节，总长度是指首部加数据部分，数据包最大的长度为65535个字节。网卡通常有个最大传输单元MTU，最大的传输单元是1500个字节，也就是网卡能够接收数据包的大小为1500个字节，网卡就需要分片了，每个分片都得加上网络层的地址，接收端收到这些片的时候还得准装成包。
它怎么知道组装成一个包呢，这里面就有标识。
一个数据包分片之后标识都是一样的，接收端看到几个分片的标识都一样，那么怎么正确的拼接呢，这就需要片片偏移了。
片偏移用来指明这个片的第一个字节是整个片的第多少个字节。接收端收到之后就会将片按照片偏移组装成一个包。
片标志位为1，那么代表后面还有分片，为0代表后面没有分片。
IP 数据报分片
一数据报的总长度为 3820 字节，其数据部分的长度为 3800 字节（使用固定首部），需要分片为长度不超过 1420 字节的数据报片。
因固定首部长度为 20 字节，因此每个数据报片的数据部分长度不能超过 1400 字节。
于是分为 3 个数据报片，其数据部分的长度分别为 1400、1400 和 1000 字节。
原始数据报首部被复制为各数据报片的首部，但必须修改有关字段的值。
分片的时候首部都复制，然后算偏移，修改里面的字段，8字节为1个单位。
可以看到分片的标识都是一样的，MF 1 代表分片后面还有分片。分片过后总长度也会发生了改变。
生存时间
最大值是255，这个和过路由器的数量有关系，A和B计算机通信，A要向B计算机发送数据包，中间需要经过路由器，假设TTL是128，在路由器收到数据包转发之前TTL先减去1，再去转发，变为127了。转发一次，生存时间值就减一，经历过三个路由器最终到达B计算机，那么B计算机看到的TTL值就是125。
计算机发的数据包都有一个默认的TTL，这个和系统有关系，Windows有默认值，Linux也有默认值。
如果两个Windows计算机在一个网段ping，那么TTL就是128，因为不过路由器，如果中间过了一个路由器就是127，如果数据包在返回的时候过了两个路由器那么看到的就是126。
如果是Linux系统，那么TTL默认是64，所以TTL初始值要么是128，要么是64这两个初始值了。
tracert可以跟踪过了多少个路由器，一般路由器数量都不会很多，比如经过50个路由器。
C:\Users\12396>ping www.baidu.com
正在 Ping www.a.shifen.com [180.101.49.12] 具有 32 字节的数据:
来自 180.101.49.12 的回复: 字节=32 时间=15ms TTL=53
来自 180.101.49.12 的回复: 字节=32 时间=15ms TTL=53
180.101.49.12 的 Ping 统计信息:
数据包: 已发送 = 2，已接收 = 2，丢失 = 0 (0% 丢失)，
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
最短 = 15ms，最长 = 15ms，平均 = 15ms
Control-C
^C
C:\Users\12396>tracert www.baidu.com
通过最多 30 个跃点跟踪
到 www.a.shifen.com [180.101.49.12] 的路由:
1 3 ms 1 ms 1 ms 172.17.0.2
2 4 ms 9 ms 11 ms 115.196.12.1
3 127 ms 127 ms 28 ms 61.164.23.172
4 6 ms 5 ms 6 ms 183.129.250.141
5 13 ms 13 ms 13 ms 202.97.33.157
6 * 14 ms 14 ms 58.213.95.106
7 * * 17 ms 58.213.95.126
8 11 ms 18 ms 12 ms 58.213.96.90指定为1的时候，计算机发送的数据包，TTL字段就是1，当经过路由器减一就变为0了，于是网关返回来一个数据包告诉你TTL传输过期。
C:\Users\12396>ping www.baidu.com -i 1
正在 Ping www.a.shifen.com [180.101.49.11] 具有 32 字节的数据:
来自 172.17.0.2 的回复: TTL 传输中过期。
来自 172.17.0.2 的回复: TTL 传输中过期。
来自 172.17.0.2 的回复: TTL 传输中过期。如果TTL是2，那么是从第二个路由器返回信息，同理如果是3的话会从第三个路由器返回来。使用-i也能够追踪数据包看看过了多少个路由器。
C:\Users\12396>ping www.baidu.com -i 2
正在 Ping www.a.shifen.com [180.101.49.12] 具有 32 字节的数据:
来自 115.196.12.1 的回复: TTL 传输中过期。
来自 115.196.12.1 的回复: TTL 传输中过期。
180.101.49.12 的 Ping 统计信息:
数据包: 已发送 = 2，已接收 = 2，丢失 = 0 (0% 丢失)，
Control-C
^CTTL的作用主要是避免环路，比如A路由器上面默认路由指向B，B路由器上面默认路由指向A，这样一个网络就会形成环路，如果没有TTL限制的话，数据包会在链路上面永不消失，所以通过TTL限制数据包TTL耗尽了之后，直接丢掉，路由器返回给客户端TTL耗尽了。
协议字段
协议占用8比特，也就是一个字节，用来指明数据包里面是啥，比如快递上面写着里面的物品是什么类型的。
可以看到数据包里面可以装的内容是ICMP协议，上面这些都可以装到IP数据包里面。
协议号为1为ICMP协议
协议号为6为TCP协议
UDP协议是17
首部校验和
只检查首部有没有差错，不检查数据部分。
源地址/目的地址
总结一下，计算机A和计算机B通信，中间过路由器，A将数据不管是TCP还是UDP也好，加上网络层的字段，过路由器的时候接口要检验首部校验和有没有错误，如果有错误路由器就直接丢弃，如果没有错误TTL就减1，到另外一个路由器也得检验首部校验和有没有错，然后TTL再减1。
IP 数据报首部的可变部分
IP 首部的可变部分就是一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。
选项字段的长度可变，从 1 个字节到 40 个字节不等，取决于所选择的项目。
增加首部的可变部分是为了增加 IP 数据报的功能，但这同时也使得 IP 数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。
实际上这些选项很少被使用。