IP数据包的定义是什么

Question

如题所述

Answer 1

TCP/IP协议定义了一种在互联网上传输的数据包，称为IP数据包。IP数据报是一个较为抽象的概念，它描述了数据包的结构。IP数据包由首部和数据两部分组成，其结构如图所示。固定部分首部的长度为20字节，是所有IP数据报必须具备的。在首部的固定部分之后是一些可选字段，其长度可变。首部中的源地址和目的地址均为IP地址。
固定部分包括以下字段：
1. 版本：占4位，指IP协议的版本。目前广泛使用的IP协议版本号为4（即IPv4），而IPv6目前仍处于草案阶段。
2. 首部长度：占4位，可表示的最大十进制数值为15。这个字段所表示数的单位是32位字长（1个32位字长为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进行填充。因此，数据部分始终从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字节的缺点是有时可能不够用，但这样做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：占8位，用于获得更好的服务。这个字段在旧标准中称为服务类型，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DS（Differentiated Services）。只有在使用区分服务时，这个字段才起作用。
4. 总长度：总长度指首部和数据之和的长度，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：占16位。IP软件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。但这个“标识”并不是序号，因为IP是无连接服务，数据报不存在按序接收的问题。当数据报由于长度超过网络的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。相同的标识字段的值使分片后的各数据报片最后能正确地重装成为原来的数据报。
6. 标志：占3位，但目前只有2位有意义。
● 标志字段中的最低位记为MF（More Fragment），MF=1即表示后面“还有分片”的数据报。MF=0表示这已是若干数据报片中的最后一个。
● 标志字段中间的一位记为DF（Don’t Fragment），意思是“不能分片”。只有当DF=0时才允许分片。
7. 片偏移：占13位。片偏移指出：较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置。也就是说，相对用户数据字段的起点，该片从何处开始。片偏移以8个字节为偏移单位。这就是说，除了最后一个分片，每个分片的长度一定是8字节（64位）的整数倍。
8. 生存时间：占8位，生存时间字段常用的英文缩写是TTL（Time To Live），表明数据报在网络中的寿命。由发出数据报的源点设置这个字段。其目的是防止无法交付的数据报无限制地在因特网中兜圈子，因而白白消耗网络资源。最初的设计是以秒作为TTL的单位。每经过一个路由器时，就把TTL减去数据报在路由器消耗掉的一段时间。若数据报在路由器消耗的时间小于1秒，就把TTL值减1。当TTL值为0时，就丢弃这个数据报。后来把TTL字段的功能改为“跳数限制”（但名称不变）。路由器在转发数据报之前就把TTL值减1。若TTL值减少到零，就丢弃这个数据报，不再转发。因此，现在TTL的单位不再是秒，而是跳数。TTL的意义是指明数据报在网络中至多可经过多少个路由器。显然，数据报在网络上经过的路由器的最大数值是255。若把TTL的初始值设为1，就表示这个数据报只能在本局域网中传送。
9. 协议：占8位，协议字段指出此数据报携带的数据是使用何种协议，以便使目的主机的IP层知道应将数据部分上交给哪个处理过程。
10. 首部检验和：占16位。这个字段只检验数据报的首部，但不包括数据部分。这是因为数据报每经过一个路由器，路由器都要重新计算一下首部检验和（一些字段，如生存时间、标志、片偏移等都可能发生变化）。不检验数据部分可减少计算的工作量。
11. 源地址：占32位。
12. 目的地址：占32位。
可变部分是IP首部的可选字段，内容很丰富。此字段的长度可变，从1个字节到40个字节不等，取决于所选择的项目。某些选项项目只需要1个字节，它只包括1个字节的选项代码。但还有些选项需要多个字节，这些选项一个个拼接起来，中间不需要有分隔符，最后用全0的填充字段补齐成为4字节的整数倍。
增加首部的可变部分是为了增加IP数据报的功能，但这同时也使得IP数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。实际上这些选项很少被使用。新的IP版本IPv6就将IP数据报的首部长度做成固定的。
目前，这些任选项定义如下：
1. 安全和处理限制（用于军事领域）
2. 记录路径（让每个路由器都记下它的IP地址）
3. 时间戳（Time Stamp）（让每个路由器都记下IP数据报经过每一个路由器的IP地址和当地时间）
4. 宽松的源站路由（Loose Source Route）（为数据报指定一系列必须经过的IP地址）
5. 严格的源站路由（Strict Source Route）（与宽松的源站路由类似，但是要求只能经过指定的这些地址，不能经过其他的地址）