计算机网络之网络层－ IPv4协议

IPv4协议：Internet网络层最核心的协议。定义了如何封装上层协议（ 如UDP、 TCP） 的报文段；定义了Internet网络层寻址（ IP地址） 以及如何转发IP数据报等内容。

1. IP数据报格式

1. 版本号：4位，IP的版本号。

2. 首部长度：4位，IP数据报的首部长度： 20B - 60B。

3. 区分服务：8位，在旧标准种称为服务类型(Type Of Service，TOS)字段， 用来指示期望获得哪种类型的服务。

4. 数据长度：16位，IP数据报的总字节数。

5. 标识：16位， 标识一个IP数据报。 每产生一个IP数据报， IP协议的计数器加1。该字段的重要用途： 在IP数据报分片和重组过程中用于标识属于同一IP数据报。该字段不可唯一标识一个IP数据报。

6. 标志：3位，其结构如图：

7. 片偏移量：以8B为单位，表示一个IP数据报分片与原IP数据报的数据的相对当该字段值为0时， 且MF=1， 则表示这是一个IP分片， 且是第一个分片。

8. 生存时间：8位，Time-To-Live ，TTL。 表示IP数据报在网络中可以通过的路由器数（或跳步数）。

9. 上层协议：8位， 指示该IP数据报封装的是哪个上层协议。 TCP为6，UDP为17。

10. 首部校验和：16位，利用校验和实现对IP数据报首部的差错检测。

11. 源IP地址：32位， 发出IP数据报的源主机的IP地址。

12. 目的IP地址：32位，IP数据报的需要送达的主机的IP地址。

13. 选项：长度可变。

14. 数据：存放IP数据报所封装的传输层报文段。

 

2. IP数据报分片

1. 最大传输单元(Maximum Transmission Unit，MTU)： 数据链路层帧能承载的最大数据量。因为在网络层数据报分组再分片之后要传输给数据链路层，所以必须要考虑最大传输单元。

2. IP数据报分片的原则：尽可能少分片，一个最大分片可封装的数据字节数最好是8的倍数。

3. IP数据报分片的计算：

分片例题：

通过PingPlotter工具发送一个总长度为3400字节的IP数据报， 通过MTU=1500字节的链路转发。 试求以下内容：

第一步：每个分片最多可以封装多少字节的数据。

因为MTU=1500字节，对于一个分片来说包括两部分内容： 首部 + 数据，那么， 一个分片可以封装的数据字节数： 1500 - 20=1480字节。

第二步： 分片数。

一个分片可以封装的数据字节数： 1500 - 20 = 1480字节。

IP数据报的总长度： 3400字节。

IP数据报的数据长度： 3400 - 20 = 3380字节。

分片数： 3380 ÷ 1480 = 2.28（ 2片封装不完， 所以需要3片）。

第三步： 标志位。

MF： 更多分片。

第四步： 片偏移量（ 单位为8字节）。