5-3-1 IPv4报文格式

5-3 IPv4

5-3-1 IPv4报文格式

IPv4报文包括头部字段和数据字段两部分

IPv4头部：一般的，基本IP头部为20个字节，也可用扩展，最大为60字节。
IP数据(任意)字段：IPv4 报文中的有总长度字段为 16 位，最大值为 65,535 字节，数据字段可变长度，最大为65515字节(65515+20=65535)

字段名称	位数	作用说明
版本（Version）	4	用于识别 IP 协议的版本，对于 IPv4，值为 4，接收设备据此确定如何处理数据包。
首部长度（IHL）	4	以 32 位为单位表示 IP 数据包首部的长度，最小值 5（20 字节），最大值 15（60 字节），单位为4字节。[4比特最多表示0~~15，若单位为1个字节，则最多表示15字节，为方便使用，设计时将其单位定义为4个字节，取值范围为5~~15，即表示的头部长度为20~60字节，且合规IP头长度一定是4的倍数个字节，不足时填充至4的倍数个字节]
服务类型（ToS）/区分服务	8	用于区分服务（Differentiated Services），对数据包进行优先级等标记，提供不同服务质量。
总长度（Total Length）	16	表示整个 IP 数据报的长度，包括首部和数据部分。表示 IP 数据报的总长度，也就是首部和数据载荷的长度总和，最大取值为十进制的65535(即2¹⁶-1)，以字节为单位。[可以计算出IP数据载荷最大长度为65535 - 20 = 65515字节]
标识（Identification）	16	唯一标识主机发送的每份数据报，用于分片重组。当一个IP数据报需要分片时，每个分片的标识符保持不变，而片偏移和标志位（如MF位）则用于指示分片的顺序和完整性
标志（Flags）	3	第 0 位保留设为 0；第 1 位（DF）：1 禁止分片，0 允许分片；第 2 位（MF(More Fragment)）：1 表示还有分片，0 表示最后一个分片。
片偏移（Fragment Offset）	13	表示分片在原始数据报中的位置，以 8 字节为单位。指出分片数据报的数据载荷部分偏移其在原数据报的位置有多远。片偏移以 8 个字节为单位，因此其值一定是8的倍数。
生存时间（TTL）	8	初始值由发送端确定，每经过一个路由器减 1，减为 0 时数据包被丢弃。用于设置一个数据包可经过的路由器数量的上限，每经过一台路由器减1。一般地，最小TTL值为0，最大TTL值为255，防止IP报文在网络中无限发送乃至循环，一般终端默认TTL值为255、128、64(一般地，一台终端访问互联网上任何一台设备，不会超过30跳)
协议（Protocol）	8	标识上层协议，如 TCP、UDP、ICMP 等。包含一个数字，标识数据报有效载荷部分的数据类型。常见值：1（ICMP）、6（TCP）、17 (UDP)。该字段占 8 个比特，用来指明 IP 数据报的数据部分是何种协议数据单元。常用的一些协议和相应的协议字段值如下表所示。
首部校验和（Header Checksum）	16	仅计算IPv4头部，不检查数据有效载荷部分的正确性。当TTL减一时，头部校验和必须重新计算，用于检测 IP 数据报首部在传输过程中是否出现差错。
源地址（Source Address）	32	表示数据报的发送方 IP 地址，即32位的IPv4地址。
目的地址（Destination Address）	32	表示数据报的接收方 IP 地址，即32位的IPv4地址。
选项（Options）	可变，最多 40 字节	提供额外功能，如时间戳、宽松源路由选择、严格源路由选择等。该字段的长度从 1 个字节到 40 个字节不等，用来支持排错、测量以及安全措施。可选字段增加了 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IP数据报的开销。实际上，可选字段很少被使用
填充（Padding）	可变	确保 IP 首部的长度是 32 位的整数倍。该字段在上图中没有显示出来，用来确保首部长度为 4 字节的整数倍，使用全 0 进行填充。首部长度字段是以 4 字节为单位的，换句话说， IP 数据报的首部长度一定是 4 字节的整数倍。由于首部中的可选字段的长度从 1 个字节到 40 个字节不等，那么当 20 字节的固定部分加上 1- 40 个字节长度不等的可变部分，会造成手部长度不是 4 字节的整数倍时，就用取值为全 0 的填充字段填充相应的字节，以确保 IP 数据报的首部长度是 4 字节的整数倍

例题

例题1

解析：首部长度字段值不是首部长度值，首部长度占4位，单位为4字节（32bit），可表示最小值是5，最大值为15

IHL最小为5，即IP报头的最小长度为5×32bit=160bit=20字节。
IHL最大为15，即IP报头的最大长度为15×32bit=480bit=60字节。

例题2

例题3

解析：IPv4报文最大长度为65535字节，由报头中的总长度字段定义，该字段表示整个 IP 数据报的长度，包括首部和数据部分。表示 IP 数据报的总长度，也就是首部和数据载荷的长度总和，最大取值为十进制的65535(即2¹⁶-1)，以字节为单位。在以太网上传输时，由于以太网的MTU为1500字节，需要对其进行分片传输

例题4

例题5

解析：头部长度（IHL）：该字段占 4 个比特，用来表示 IP 数据报首部的长度。最小值是5，最大值为15，单位为4字节。[4比特最多表示0~~15，若单位为1个字节，则最多表示15字节，为方便使用，设计时将其单位定义为4个字节，实际使用时，头部长度字段取值范围为5~~15，即表示的头部长度为20~60字节]

例题6

解析：TTL为0，丢弃该报文，并向源地址报错，tracert命令即基于这个原理