IPv4分组

4.3.1 IPv4分组

IP协议定义数据传送的基本单元——IP分组及其确切的数据格式

1. IPv4分组的格式

IPv4分组由首部和数据部分（TCP、UDP段）组成，其中首部分为固定部分（20字节）和可选字段（长度可变，用于提供错误检测及安全等机制）

1）版本：指IP协议的版本

2）首部长度：占4位，可以表示最大的数为15。以32位为单位，最大值为60B(32 * 15 / 8 = 64B),最常用的首部长度是20B，最小为数字5即（0101），因此取值范围为（0101 ~ 1111）

3）总长度：占16位，指首部和数据之和长度单位为字节，因此IP数据报的最大长度为$2^{16}-1=65535B$，以太网帧的最大传送单元（MTU）为1500B（IP数据报的长度不能超过此值）

4）标识：占16位，它是一个计数器，每产生一个数据报就加1，并赋值给标识字段。

5）标志：占3位，标志字段最低位为MF，等于1表示后面还有分片，0表示最后一个分片，标志位中间一位为DF，当其为0时才允许分片

6）片偏移：占13位，它指出较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置。片偏移以 8个字节为偏移单位。除最后一个分片外，每个分片的长度一定是8B的整数倍

7）生存时间（TTL）：占8位，数据报在网络中可通过的路由器数的最大值，为了确保帧不会永远在网络中循环，路由器在转发分组前，先把TTL减1。 若TTL被减为0,则该分组必须丢弃。

8）协议：占8位，指出此分组携带的数据使用何种协议（其中TCP协议为6，UDP协议为17）

9） 首部校验和：占16位。首部校验和只校验分组的首部，而不校验数据部分

10）源地址字段：占4B,标识发送方的IP地址

11） 目的地址字段：占4B,标识接收方的IP地址

首部长度、总长度、片偏移，基本单位 分别为4B、1B、8B

2. IP数据报分片

一个链路层数据报能承载的最大数据量称为最大传送单元（MTU）

当IP数据报的总长度大于链路MTU时，就需要将 IP数据报中的数据分装在多个较小的IP数据报中，这些较小的数据报称为片

在目的主机上，使用IP首部中的标识、标志、片偏移来完成对片的组装

原理：

• 在将数据报进行分片时，形成的每个数据报（片）都具有原始数据报的标识号。因此收到数据后，IP首部的标识相同就说明这些数据属于同一个原始数据报的片
• IP首部中的标志位占3位，但只有后2位有意义，分别是MF位（More Fragment） 和DF位（Don’t Fragment），DF = 0表示该IP数据报才可以被分片。MF则用来告知目的主机该IP数据报是否为原始数据报的最后一个片。当MF= 1表示相应的原始数据报还有后续的片；当MF = 0表示该数据报是相应原始数据报的最后一个片
• 使用片位移字段来确定该片应该在原始数据报的哪个位置

进行分片时，除了最后一个片，其他所有片的有效数据载荷都是8B的倍数
计算片偏移时，第一个片的片偏移为0，其往后每个片偏移的值为其起始值除以8B