IP数据包格式简介

IP 数据包格式

IP 数据包是网络传输的信封，它说明了数据发送的源地址和目的地址，以及数据传输状态。一个完整的数据包由首部和数据两部分组成。首部前20字节属于固定长度，是所有IP 数据包必须有的，后面是可选字段，其长度可变，首部后面是数据包携带的数据，见图5.3.1。

48

16

19

31

版本号

标志

生存时间

协

议标

识

服务类型数据包总长度

段偏移首

部

检

验

和

源地址目

的地址可

选字段+ 填

充位首部长度

数

据部

分

数

据

首部首部

IP 数据包

发送

图5.3.1 IP 数据包格式

1. 版本号（4bit ）

版本号占4位，是IP 协议所使用的版本号，目前是广泛使用的是第四版本，即IPv4。 2. 首部长度（4bit ）

首部长度用于指出IP 包头长度，用于标识数据包头在何处结束，所携带的数据在何处开始。首部长度占四位，数值范围5～15，以4字节为单位，则IP 首部长度为20字节～60字节。如假设首部长度取值“1010”，转换为十进制为“10”，表示IP 包头长度为10×4＝40字节，数据从第41字节开始。

3. 服务类型（8bit ）

服务类型用于获得更好服务，大多数情况下并不使用。当网络流量较大时，路由器会根据不同数据包服务类型取值决定哪些先发送，哪些后发送，见图5.3.2。

D 优先级T R C 未用

0 1 2

3 4 5

6 7

图5.3.2 服务类型格式

（1）前3个bit 表示优先级，取值范围0～7共8个优先级，数值越低优先级越高。 （2）后四位是服务类型子字段，用于标识QOS 质量服务。 D ：表示要求更低时延 T ：表示要求更多吞吐量 R ：表示要求更多可靠性 C ：表示要求更小路径开销

注：DTRC 默认4位值都为0，表示一般服务；

DTRC只能1为设为1，如T为1，其余三位只能为0。

（3）最后1位尚未使用

4. 数据包总长度（16bit）

数据包总长度用于标识整个数据包（包含包头和数据）的总长度，结合首部长度可以计算出数据包所携带数据的起始地址和长度。数据包总长度占16bit，最大取值为16个“1”，以字节为单位，因此数据包最大长度为655351字节。但由于与以太网（局域网）允许的最大包长为1500字节，当超过网络允许的最大长度时需将过长的数据包分片。

5. 标识（16bit）

标识占16bit，用于数据包在分片重组时标识其序列号。网络层将数据分片打包后，由于数据包会沿着不同路径在网络中投递，抵达接收方会存在乱序现象。解决方法是将数据包贴上标识，抵达目的地再根据序号重组还原成数据。

6. 标志（3bit）

标志用于表示数据包分片信息，见图5.3.3。

0 1 2

MF DF未用

图 5.3.3 标志格式

（1）MF：更多数据包（More Fragment）。MF＝1表示后面还有分片的数据包；MF＝0表示没有更多分片，本数据包是最后一个分片。

（2）DF：不分段（Do Not Fragment），DF＝1表示该数据包不能被分片，DF＝0表示该数据包可以被分片。

（3）最后1位尚未使用

7. 段偏移（13 bit）

段偏移用于标识本片数据在初始数据报文中的偏移量，占13位，偏移单位为8字节。当较长的数据分片后，其中原数据的相对位置。

8. 生存时间（8 bit）

生存时间TTL（Time To Live）占8位。TTL初始值由操作系统设置，数据包每经一个路由器转发其值减一，减至0时被丢弃，避免数据包在找不到目的地时不断被转发，堵塞网络带宽。

9. 协议（8 bit）

协议字段用于标识数据包所使用的传输协议，如TCP协议还是UDP协议。目的主机收到数据包后会根据协议字段值交付上层相应协议处理。

10. 首部校验和（16 bit）

首部校验和只对IP数据包首部进行校验，不包含数据部分。数据包每经过一个中间节点投递都要重新计算首部校验和，对首部进行校验。

11. 源地址（4 Byte）

源地址用于标识发送主机的IP地址。由于IP地址长度为32位，因此源地址段占4字节。

12. 目的地址

目的地址用于标识接收主机的IP地址。

1“1111111111111111”共16个“1”转换为十进制为65535。

13. 选项字段和填充（40 bit）

有时需要在选项字段填充额外的“0”以保证 IP包头长度是32位的整数倍。选项字段很少使用，并非所有主机和路由器都支持可选项，这里不做介绍。