2.2.1 IP数据包格式

IP数据包是第3层传输的协议数据单元。IP数据包分为包头和数据区两部分，其中包头部分的各项字段反映了IP协议的工作机制。

IP数据包的具体格式如图2-2所示。

图2-2 IP数据包的格式

下面解释各字段的含义。

● 版本（VERS）号：4 bit，表示IP协议版本号。目前的版本号是4，即IPv4。版本号规定了数据包的格式，不同版本其数据包格式也有所不同。如IPv6的数据包结构就和IPv4的结构不同。

● 包头长度（HLEN）：4 bit，表示包头长度。包头长度以4字节为单位计算。除IP选项（IP Options）和填充（Padding）字段可以不存在外，其他各字段必须存在。这些必须存在的字段是5个4 bit，共20字节长。因此包头长度值一般是5。又由于包头长度必须是32 bit的整数倍，所以当一个含有IP选项字段的IP数据包不是32 bit的整数倍时，由填充字段用0补足。

● 服务类型（Service Type）：8 bit，指示对本数据包的处理方式，主要用来指示数据包的优先权以及传输类型。它涉及服务质量的内容，这已超出本书的范围，不在这里详述。

● 总长（Total Length）：16 bit，以字节为单位表示整个IP数据包长度，包括包头及其携带的数据。因为总长字段是16 bit，所以IP数据包最长可达216-1=65535个字节。

标识（Identification）、标志（Flags）和片偏移（Fragment Offset）这3个字段与IP数据包的传输有关。IP数据包是网络层的数据单元，它需要被封装在第2层的数据帧中来传输。Internet是由各种2层规范不同的网络互连起来的产物，这些不同的网络其帧格式及帧长度各不相同。例如，以太网的帧和令牌环的帧在结构和长度上都不相同。IP数据包在某个2层网络中能够被完全封装，到另一个2层网络中就未必可以。因此，IP数据包有可能被分割，称为“分片（Fragmenting）”，当数据到达目的地时还要对分片进行重组。这3个字段正是对分片和重组进行控制的。

● 标识（Identification）：16 bit，是发送者赋予数据包的标识符，接收者利用这个信息和源地址判断收到的分组属于哪个数据包，以便进行重组。所以在分片时，该域必须不加修改地复制到各分片的包头中。

● 标志（Flags）：3 bit，只有低两位有效。第1 bit为0时表示该分片是最后一片，如果该位是1表示后面还有分片。第2 bit为0时表示可以对数据包进行分片，如果该位是1表示数据包不能分片。当该位设置为1而帧长度不匹配又必须分片时，设备就会将数据包丢弃并返回错误信息。

● 片偏移（Fragment Offset）：指示本分片数据在初始数据包数据区中的偏移量，偏移量以8字节为单位，重组时分片顺序由片偏移提供。

● 生存时间（Time To Live）：简称TTL，8 bit。用来控制数据包在网络中存在的时间。目前TTL的值并不代表时间，而是代表经由路由器的个数。数据包每经过一台路由器时，路由器将TTL值减1，一旦TTL=0，系统就丢弃该数据包，并返回错误信息。这样避免了路由出现环路时数据包在路由器之间无休止地循环。

● 协议（Protocol）：8 bit，表示该数据包携带的数据是由哪个上层协议封装的，也就是指示传输层的协议类型。比如最常见的协议类型是TCP或UDP。

● 头校验和（Header checksum）：16 bit，用于保证IP头数据的完整性。

● 地址（Address）：分为源IP地址和目的IP地址，各占32 bit。表明数据的来源及其到达的目的地。

● 选项（IP Options）：超出了本书讨论范围，不再赘述。

● 填充（Padding）：当IP包头长度不是32 bit的整数倍时需填充0来凑齐32 bit整数倍，没有实际意义。

● 数据（Data）：来自第4层的数据段。