第二十五:IP网络层的数据,IP数据报
在数据链路层传输的数据叫帧,帧是数据链路层的传输单元。
那么在IP网络层的数据也有一个叫法IP数据报。
IP数据报 = IP数据报首部 + 数据。
- 数据是传输层传递过来的报文;IP数据报首部格式如下:
IP 报头的最小长度为 20 字节,上图中每个字段的含义如下:
1) 版本(version)
占 4 位,表示 IP 协议的版本。通信双方使用的 IP 协议版本必须一致。目前广泛使用的IP协议版本号为 4,即 IPv4。
2) 首部长度(网际报头长度IHL)
占 4 位,可表示的最大十进制数值是 15。这个字段所表示数的单位是 32 位字长(1 个 32 位字长是 4 字节)。因此,当 IP 的首部长度为 1111 时(即十进制的 15),首部长度就达到 60 字节。当 IP 分组的首部长度不是 4 字节的整数倍时,必须利用最后的填充字段加以填充。
数据部分永远在 4 字节的整数倍开始,这样在实现 IP 协议时较为方便。首部长度限制为 60 字节的缺点是,长度有时可能不够用,之所以限制长度为 60 字节,是希望用户尽量减少开销。最常用的首部长度就是 20 字节(即首部长度为 0101),这时不使用任何选项。
3) 区分服务(tos)
也被称为服务类型,占 8 位,用来获得更好的服务。这个字段在旧标准中叫做服务类型,但实际上一直没有被使用过。1998 年 IETF 把这个字段改名为区分服务(Differentiated Services,DS)。只有在使用区分服务时,这个字段才起作用。
4) 总长度(totlen)
首部和数据之和,单位为字节。总长度字段为 16 位,因此数据报的最大长度为 2^16-1=65535 字节。
5) 标识(identification)
用来标识数据报,占 16 位。IP 协议在存储器中维持一个计数器。每产生一个数据报,计数器就加 1,并将此值赋给标识字段。当数据报的长度超过网络的 MTU,而必须分片时,这个标识字段的值就被复制到所有的数据报的标识字段中。具有相同的标识字段值的分片报文会被重组成原来的数据报。
6) 标志(flag)
占 3 位。第一位未使用,其值为 0。第二位称为 DF(不分片),表示是否允许分片。取值为 0 时,表示允许分片;取值为 1 时,表示不允许分片。第三位称为 MF(更多分片),表示是否还有分片正在传输,设置为 0 时,表示没有更多分片需要发送,或数据报没有分片。
7) 片偏移(offsetfrag)
占 13 位。当报文被分片后,该字段标记该分片在原报文中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。所以,除了最后一个分片,其他分片的偏移值都是 8 字节(64 位)的整数倍。
8) 生存时间(TTL)
表示数据报在网络中的寿命,占 8 位。该字段由发出数据报的源主机设置。其目的是防止无法交付的数据报无限制地在网络中传输,从而消耗网络资源。
路由器在转发数据报之前,先把 TTL 值减 1。若 TTL 值减少到 0,则丢弃这个数据报,不再转发。因此,TTL 指明数据报在网络中最多可经过多少个路由器。TTL 的最大数值为 255。若把 TTL 的初始值设为 1,则表示这个数据报只能在本局域网中传送。
9) 协议
表示该数据报文所携带的数据所使用的协议类型,占 8 位。该字段可以方便目的主机的 IP 层知道按照什么协议来处理数据部分。不同的协议有专门不同的协议号。
例如,TCP 的协议号为 6,UDP 的协议号为 17,ICMP 的协议号为 1。
10) 首部检验和(checksum)
用于校验数据报的首部,占 16 位。数据报每经过一个路由器,首部的字段都可能发生变化(如TTL),所以需要重新校验。而数据部分不发生变化,所以不用重新生成校验值。
11) 源地址
表示数据报的源 IP 地址,占 32 位。
12) 目的地址
表示数据报的目的 IP 地址,占 32 位。该字段用于校验发送是否正确。
13) 可选字段
该字段用于一些可选的报头设置,主要用于测试、调试和安全的目的。这些选项包括严格源路由(数据报必须经过指定的路由)、网际时间戳(经过每个路由器时的时间戳记录)和安全限制。
14) 填充
由于可选字段中的长度不是固定的,使用若干个 0 填充该字段,可以保证整个报头的长度是 32 位的整数倍。
15) 数据部分
表示传输层的数据,如保存 TCP、UDP、ICMP 或 IGMP 的数据。数据部分的长度不固定。
- IP报文的分割与再构成处理
① 由于传输电气方面的限制,数据链路不同,MTU则不同;最大传输单元:MTU。
② IP报文的分片与重组
分片:根据数据的大小进行分割分片传输
重组:当数据从发送端到达接收端,会将分片的数据进行重组,重组的根据:IP报文有一个偏移量字段,表示该分片在原报文中的位置。
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