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）

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。