IPv4报文头格式详细说明

对于网络工程师而言,报文格式是基础,尤其是对于IPv4报文头的格式及其各字段的功能更是必备技能。

IPv4报文头格式及各字段功能:

IPv4报文头格式

各字段功能:

1、版本号(Version):长度 4 bit 。标识目前采用的 IP 协议的版本号。一般的值为 0100(IPv4),0110(IPv6)

IPv4报文头格式详细说明

2、IP 报头长度(Header Length):长度 4 bit 。这个字段的作用是为了描述 IP 报头的长度,因为在 IP 报头中有变长的可选部分。该部分占 4 个 bit,长度单位为 4 个字节,即本区域值 = IP 头部长度(单位为字节)/ 长度单位(4 个字节)。因此,一个 IP 报头的长度最长为 “ 1111 ”,即 15 x 4 个字节 = 60 个字节。IP 报头最小长度为 20 字节。

3、服务类型(Type of Service):长度 8 bit 。8 位按位被如下定义:PPP DTRC0(更多详细信息可以参见 RFC1340 和 RFC1349)

PPP:前 3 位,定义包的优先级,取值越大数据越重要

  • 000 普通(Routine)

  • 001 优先的(Priority)

  • 010 立即的发送(Immediate)

  • 011 闪电式的(Flash)

  • 100 比闪电还闪电式的(Flash Override)

  • 101 CRI / TIC / ECP(找不到这个词的翻译)

  • 110 网间控制(Internetwork Control)

  • 111 网络控制(Network Control)

DTRCO:后 5 位

  • D 时延:0:普通,1:延迟尽量小

  • T 吞吐量:0:普通,1:流量尽量大

  • R 可靠性:0:普通,1:可靠性尽量大

  • M 传输成本:0:普通,1:成本尽量小

  • 0 最后一位被保留,恒定为 0

4、IP 包总长度(Total Length):长度 16 bit 。以字节为单位计算的 IP 包的长度(包括头部和数据),所以 IP 包最大长度 65535 字节。所以,数据包有效载荷的大小 = IP 包总长度(Total Length)- IP 报头长度(Header Length)。

5、标识符(Identifier):长度 16 bit 。该字段和 Flags 和 Fragment Offest 字段联合使用,对较大的上层数据包进行分段(fragment)操作。路由器将一个包拆分后,所有拆分开的小包被标记相同的值,以便目的端设备能够区分哪个包属于被拆分开的包的一部分。

6、标记(Flags):长度 3 bit 。

  • 该字段第一位不使用。

  • 第二位是 DF(Don’t Fragment)位,DF 位设为 1 时表明路由器不能对该上层数据包分段。如果一个上层数据包无法在不分段的情况下进行转发,则路由器会丢弃该上层数据包并返回一个错误信息。

  • 第三位是 MF(More Fragments)位,当路由器对一个上层数据包分段,则路由器会在除了最后一个分段的 IP 包的报头中将 MF 位设为 1 。

7、片偏移(Fragment Offset):长度 13 bit,以 8 个八位组为单位。表示该 IP 包在该组分片包中位置,接收端靠此来组装还原 IP 包。

8、生存时间(TTL):长度 8 bit,设计之初是以秒(s)为单位的,但实际以跳数为单位,建议的缺省值为 64 。当 IP 包进行传送时,先会对该字段赋予某个特定的值。当 IP 包经过每一个沿途的路由器的时候,每个沿途的路由器会将 IP 包的 TTL 值减少 1 。如果 TTL 减少为 0,则该 IP 包会被丢弃。这个字段可以防止由于路由环路而导致 IP 包在网络中不停被转发。

9、协议(Protocol):长度 8 bit 。标识了上层所使用的协议。以下是比较常用的协议号:1 ICMP;2 IGMP;6 TCP;17 UDP;88 IGRP;89 OSPF 。

10、头部校验(Header Checksum):长度 16 bit 。用来做 IP 头部的正确性检测,但不包含数据部分。 因为每个路由器要改变 TTL 的值,所以路由器会为每个通过的数据包重新计算这个值(RFC1141 讨论了一些简化计算的策略)。

11、起源和目标地址(Source and Destination Addresses):这两个地址都是 32 bit 。标识了这个 IP 包的起源和目标地址。要注意除非使用 NAT,否则整个传输的过程中,这两个地址不会改变。

12、可选项(Options):这是一个可变长的字段。该字段属于可选项,主要用于测试,由起源设备根据需要改写。可选项目包含以下内容:

  • 松散源路由(Loose source routing):给出一连串路由器接口的 IP 地址。IP 包必须沿着这些 IP 地址传送,但是允许在相继的两个 IP 地址之间跳过多个路由器。

  • 严格源路由(Strict source routing):给出一连串路由器接口的 IP 地址。IP 包必须沿着这些 IP 地址传送,如果下一跳不在 IP 地址表中则表示发生错误。

  • 路由记录(Record route):当 IP 包离开每个路由器的时候记录路由器的出站接口的 IP 地址。

  • 时间戳(Timestamps):当 IP 包离开每个路由器的时候记录时间。

  • 填充(Padding):因为 IP 报头长度(Header Length)部分的单位为 32 bit,所以 IP 报头的长度必须为 32 bit 的整数倍。因此,在可选项后面,IP 协议会填充若干个 0,以达到 32 bit 的整数倍。

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