计算机网络学习~IPv4数据报格式

本文为计算机网络学习系列读书笔记

网络层分组被称为数据报。
网际协议（Internet Protocol）是TCP/IP体系中最主要的协议之一。IP协议有两个主要的版本：IPv4和 IPv6.
有关IP协议最重要的文档就是互联网标准FRC791：https://www.ietf.org/rfc/rfc791.txt

IPv4的数据报格式

IPv4数据报中包含如下字段信息

• 版本(Version)（4比特）：IP协议的版本号。路由器根据此版本号确定如何解释IP数据报的剩余部分。

• 首部长度(Internet Header Length )（4比特）：Internet报头的有效长度。

• 服务类型（8比特）：表明所想要的服务质量的一种抽象表示，以便使不同类型的数据报相互区分开来。比如实时数据报（如IP电话应用）和非实时流量（如FTP）区分开来。根据Low Delay,High Reliablibity,High Throughput三个指标区分服务类型。

  Bits 0-2:  Precedence.
  Bit    3:  0 = Normal Delay,      1 = Low Delay.
  Bits   4:  0 = Normal Throughput, 1 = High Throughput.
  Bits   5:  0 = Normal Relibility, 1 = High Relibility.
  Bit  6-7:  Reserved for Future Use.
  
     0     1     2     3     4     5     6     7
  +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
  |                 |     |     |     |     |     |
  |   PRECEDENCE    |  D  |  T  |  R  |  0  |  0  |
  |                 |     |     |     |     |     |
  +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
  
    Precedence
  
      111 - Network Control
      110 - Internetwork Control
      101 - CRITIC/ECP
      100 - Flash Override
      011 - Flash
      010 - Immediate
      001 - Priority
      000 - Routine
  

• 数据报长度(Total Length)（字节）（16比特）：这是IP数据报的总长度（首部20字节+数据N字节）（单位：字节）。因为该字段占16比特，最大长度2^16-1 （65535字节），但实际数据报很少有超过1500字节的，这是因为以太网帧承载的数据不能超过1500字节。而且某些广域网链路的帧可承载的不超过576字节的数据。根据木桶原理，当IP数据报总长度超过整条链路中最小的数据量时（即MTU，Max Transmission Unit），就会出现IP分片。

• 16比特标识(Identification)：IP数据报分片时，有发送方指定的一个值，用于帮助组装数据报的各个片段。

• 标志(Flags)（3比特）：指明IP数据报是否有分片，以及分片是否是最后一个
  Various Control Flags.

  Bit 0: reserved, must be zero
  Bit 1: (DF) 0 = May Fragment,  1 = Don't Fragment.
  Bit 2: (MF) 0 = Last Fragment, 1 = More Fragments.
  
      0   1   2
    +---+---+---+
    |   | D | M |
    | 0 | F | F |
    +---+---+---+
  

• 片偏移量(Fragment Offset)（13比特）：指明IP数据报分片的片在整个分片的哪个位置
  Identification、flags、fragment offset这三个字段与IP分片有关。

• 寿命(Time to Live)（8比特）：表明数据片段在网络中可存在的最长时间，该数据段每转发一次，该值就减1。当减为0时，该数据片段将会被立即丢弃。能有效避免数据报片段在网络无限转发下去。

• 上层协议(Protocol)（8比特）：该字段通常仅当一个IP数据报到达其最终目的地时才会有用。该字段值指示了 IP数据报的数据部分应交给哪个特定的运输层协议。例如，值为6表明数据部分要交给TCP,而值为17表明数据要交给UDP。对于所有可能值的列表，参见[IANA Protocol Numbers 2016 ] °

• 首部校验和(Header Checksum)（4比特）：用于路由器检测收到的IP数据报中的比特错误

• 源IP地址(Source Address)（32比特）：IP数据报源地址

• 目的地址(Destination Address)（32比特）：IP数据报目的地址

抓包：实际的数据报样例