【IP协议】IP协议报头结构

IP 协议报头结构

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4位版本

实际上只有两个取值

• 4 ==> IPv4（主流）
• 6 ==> IPv6

IPv2，IPv5 在实际中是没有的，可能是理论上/实验室中存在

4位首部长度

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IP 协议报头也是变长的，因为选项个数不确定，所以报头长度也不确定。因此就需要使用 4 位首部长度进行区分

4 位首部长度范围：0~15，所以报头长度 *4 才是实际的长度

• 当报头长度为 15，则实际报头长度为 15*4=60

8位服务类型

type of service

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3位优先权字段(已经弃⽤)，4位 TOS 字段，和 1位保留字段(必须置为 0)。4位 TOS 分别表⽰：

• 最⼩延时：从 A 到 B 的时间消耗更少
• 最⼤吞吐量：从 A 到 B，单位时间内传输的数量更多
• 最⾼可靠性：数据丢包概率更小（IP 协议并不想 TCP 那样有严格的可靠性）
• 最⼩成本：设备上消耗的资源更少 这四者相互冲突，只能选择⼀个。其中一个为 1，那么其他的都得为 0。IP 协议拥有变身技能！

16位总长度

IP 数据报的长度

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UDP 也是 16 位（2 个字节，64KB）。但并非 IP 协议报头最多能携带的数据就是 64KB

IP 协议内置了拆包组包机制，单个 IP 数据报确实没法超过 64KB，但是不代表 IP 协议不能传输超过 64KB 的数据。IP 协议会自动把大的数据包，拆成多个 IP 数据报携带传输，在接收方再进行拼装

装修的时候，装柜子/床，进不了电梯，也进不了房门，怎么办？

• 厂家发的货就不是拼装好的柜子和床，而是零件
• 我们就可以先把零件搬进去，然后再组装起来

16位标识、3位标志、13位片偏移

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IP 协议会自动拆包，统一个载荷的数据，会被分成多分，交给多个 IP 数据报来携带。多个 IP 数据包之间：

• 16位标识 是相同的数值，
• 13位片偏移 决定组包时候数据报的位置
  • 网络传输数据的时候会存在后发先至的情况，所以不能按照发送顺序就确定接受顺序
• 3位标志 只有两位有效（有一位是保留位，现在不用，以后可能用，先占个位置）
  • 其中一个标识这个包是否需要组包（是否是拆包的一部分）
  • 另一个表示当前包是否是组包中的最后一个单位

最后组包的时候，根据 16 位标识 确定哪些数据包放在一组，然后根据 13位片偏移 决定顺序，最后根据 3位标志位 决定是不是最后一个

如果就是想使用 UDP 实现传输找过 64KB 的数据，该怎么做呢？

• 此处参考 IP 协议
• 在应用层编写代码的时候 - 引入“标识”，约定标识相同的数据，就应该进行组包 - 引入“片偏移”，约定组包的时候的先后顺序 - 引入“标志位”，区分是否需要组包，标识最后一个包

8位生存时间

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描述了一个数据包在网络上存活的最长时间

• 假设构造一个 IP 数据报，目的 IP 写错了（不存在的 IP 地址），结果这个数据包就在网络上传输了很久，也没有达到目的地。
• 如果让这样的数据包无限传输的话，就会消耗很多网络资源
• 这样的数据包存在一个两个还好，要是存在很多呢？总不能让这些数据包把路全部堵死了吧

TTL 就是约定了一个传输时间的上限，当达到上限之后，数据包就会被自动丢弃掉

• 它的单位不是 s 或者 min，而是次数（经过路由器转发的次数）

发送一个 IP 数据报的时候，会有一个初识的 TTL 的值（32,64,128…）。数据包每次经过一个路由器转发，TTL 就会 -1（经过交换机不减）。一旦 TTL 减到 0 了，此时这个数据包就会被当前的路由器直接丢弃掉

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• ping命令：用来检测网络的连通性
• 输入命令后，我们的电脑就会给百度发送一个数据包，百度收到这个 ping 命令的数据包之后，就会返回一个响应
  • 我们发送了四次 32 字节的数据包
  • 几十毫秒，说明网络比较好；上百，上千毫秒说明网络比较卡
  • 咱们初始 TTL 应该是 64，中间经过了 12 个路由器的转发，最终到达了百度

64 这样的 TTL 够用吗？

• 正常情况下，64 这样的 TTL 是非常充裕的
  • 六度空间理论（社会科学中的理论）
• 而且发送数据的时候，还有 128 这样的 TTL

8位协议

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IP 数据包中，携带的载荷，是哪种传输层协议的数据包

通过这里的不同数值，感知到接下来要把数据给 TCP 解析，还是 UDP 解析，还是其他协议解析

• 类似于 TCP/UDP 报头中的“端口号”，决定要将这个数据交个哪个应用程序，也就是要将这个数据交给哪个应用层的具体协议进行处理 现在 IP 协议要先交给传输层，交给哪个传输层协议进行处理，就通过 8位协议 进行标识

具体的数值这里不谈，这里暂时只聊作用

16位首部校验和

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验证数据在传输中是否出错（只是针对首部，IP 报头）

• 载荷部分 TCP/UDP 都有自己的校验和，此处就不需要再次进行验证了

32源 IP 地址、32位目的 IP 地址

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IP 数据报中最关键的信息：数据包从哪里来，到哪里去

• 输入：ipconfig，就可以看到当前机器的 ip 地址

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• IP 地址是 32 位的整数
  • 这是一个很大的数字，不方便人进行阅读和理解
  • 就把 32 位（4 字节）通过 3 个圆点分隔开，每个部分是一个字节，范围 0-255（只要有一个部分不在这个范围，就可以认为是一个非法/错误的 IP）
  • 这就是“点分十进制”写法
  • 但计算机在底层处理这些数据的时候，都是当成 32 位的 IP 地址来处理的

IP 地址，用来标识网络上的一个设备。期望 IP 地址是唯一的

• 32 位表示的范围：0—42亿9千万
• 在现在的社会背景下，所存在的需要 IP 地址的设备肯定是超过了这个范围的