IP数据报头部信息分析

IP数据报头部分析

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，为0—40字节。所以，头部总长度为20—60字节。首部中的源地址和目的地址都是IP协议地址。

具体内容如下图所示：

IP数据报头部分析：

固定部分

1、版本：占4bit，指IP协议的版本，目前广泛使用的IP协议版本号为4（即IPV4）。

2、首部长度：占4bit，可表示的最大十进制数值是15（一个单位为4字节），因此，IP的首部长度的最大值是60字节。

3、区分服务：占8bit，用来获得更好的服务。

4、总长度：占16bit。总长度字段是指整个IP数据报的长度。包括首部长度和数据长度，单位为字节。总长度字段为16位，因此数据报的最大长度为2^16-1=65535字节。其中，利用首部长度和总长度字段，就可以知道IP数据报中数据的长度。

5、标识：占16bit。IP软件在存储器中维持一个计数器，每产生一个数据报，计数器就加1，并将此值赋给标识字段。标识字段唯一的标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1。

6、标志：占3bit，但目前只有2位有意义。标志字段代表划分每个分组属于同一个数据报文，等待重新组装。

标志字段中的最低位记为MF(More Fragment)。MF=1即表示后面“还有分片”的数据报。MF=0表示这已是若干数据报片中的最后一个。
标志字段中间的一位记为DF(Don’t Fragment)，意思是“不能分片”。只有当DF=0时才允许分片。

7、片偏移：占13bit。片偏移指出：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，相对用户数据字段的起点，该片从何处开始。片偏移以8个字节为偏移单位。这就是说，除了最后一个分片，每个分片的长度一定是8字节（64位）的整数倍。

8、生存时间：占8bit，生存时间字段常用的的英文缩写是TTL(Time To Live)，表明是数据报在网络中的寿命。其目的是防止无法交付的数据报无限制地在网络中兜圈子，因而白白消耗网络资源。路由器在转发数据报之前就把TTL值减1.若TTL值减少到零，就丢弃这个数据报，不再转发。TTL的意义是指明数据报在网络中至多可经过多少个路由器。显然，数据报在网络上经过的路由器的最大数值是255。

9、协议：占8bit，协议字段指出此数据报携带的数据是使用何种协议，以便使目的主机的IP层知道应将数据部分上交给哪个处理进程。

10、首部检验和：占16bit。这个字段只针对首部信息进行简单的校验。不包括数据部分。这是因为数据报每经过一个路由器，路由器都要重新计算一下首部检验和（一些字段，如生存时间、标志、片偏移等都可能发生变化）。不检验数据部分可减少计算的工作量。

11、源地址，目的地址：占32bit，进行通信的双方。每一个IP数据报都包含有源地址和目的地址目的地址

可变部分

IP首部的可变部分就是一个可选字段。选项字段用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。此字段的长度可变，从1个字节到40个字节不等，取决于所选择的项目。某些选项项目只需要1个字节，它只包括1个字节的选项代码。但还有些选项需要多个字节，这些选项一个个拼接起来，中间不需要有分隔符，最后用全0的填充字段补齐成为4字节的整数倍。

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。新的IP版本IPv6就将IP数据报的首部长度做成固定的。

IP数据报转发

1）从数据报的首部提取目的主机的IP地址D；D与子网掩码相 "与" 得出目的网络地址N；
2）若网络N与此路由器直接相连，则把数据包直接交付目的主机D；否则是间接交付，执行 3）；
3）若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行 4）；
4）若路由表中有到达网络N的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行 5）；
5）若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行 6）；
6）报告转发分组出错。

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