IP数据包格式

TCP/IP协议定义了一个在因特网上传输的包,称为IP数据报(IP Datagram).这是一个与硬件无关的虚拟包,由首部和数据两部分组成.首部的前一部分是固定长度,共 20 字节,是所有IP数据报必须具有的.在首部的固定部分的后面是一些可选字段,其长度是可变的.

版本:占4位,指IP协议的版本.通信双方使用的IP协议版本必须一致.日前广泛使用的 IP协议版本号为 4 (即 IPv4).IPv6 目前还处于起步阶段. 首部长度:占 4 位,可表示的最大十进制数值是15.请注意,这个字段所表示数的单位是32位字 (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.因此数据部分永远在 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字节的缺点是有时可能不够用.这样做的目的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. 服务: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 DS(Differentiated Services).只有在使用区分服务时,这个字段才起作用. 总长度:总长度指首都及数据之和的长度,单位为字节.因为总长度字段为 16位,所以数据报的最大长度为 216-1=65 535字节.在IP层下面的每一种数据链路层都有自己的帧格式,其中包括帧格式中的数据字段的最大长度,即最大传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit).当一个数据报封装成链路层的帧时,此数据报的总长度 (即首部加上数据部分)一定不能超过下面的数据链路层的MTU值,否则要分片. 标识 (Identification):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是无连接的服务,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. 标志 (Flag):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. 片偏移:占 13位.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,每个分片的长度一定是 8字节(64位)的整数倍. 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),其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. 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.详细资料请看文章最后的注释. 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,都要重新计算一下首都检验和 (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. 源地址:占32位. 目的地址:占 32位.

IP首部的可变部分就是一个可选字段.选项字段用来支持排错,测量以及安全等措施,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:

下面是一个TCP的SYN数据包,大家可以分析一下:

4500002C2A690000-4006B7580A616750-7CACAAAD24DE0E89-12DE958000000000-60023908EA4D0000-020405B4

后面的数据时TCP的头部,这里先简单列出来,后面会详细分析:

数值 值描述 0 保留字段，用于IPv6(跳跃点到跳跃点选项) 1 Internet控制消息 2 Internet组管理 3 网关到网关 4 IP中的IP(封装) 5 流 6 传输控制 7 CBT 8 外部网关协议 9 任何私有内部网关(Cisco在它的IGRP实现中使用) 10 BBNRCC监视 11 网络语音协议 12 PUP 13 ARGUS 14 EMCON 15 网络诊断工具 16 混乱(Chaos) 17 用户数据报文 18 复用 19 DCN测量子系统 20 主机监视 21 包无线测量 22 XEROXNSIDP 23 Trunk-1 24 Trunk-2 25 leaf-1 26 leaf-2 27 可靠的数据协议 28 Internet可靠交易 29 ISO传输协议第四类 30 大块数据传输协议 31 MFE网络服务协议 32 MERIT节点之间协议 33 序列交换协议 34 第三方连接协议 35 域之间策略路由协议 36 XTP 37 数据报文传递协议 38 IDPR控制消息传输协议 39 TP+ +传输协议 40 IL传输协议 41 IPv6 42 资源命令路由协议 43 IPv6的路由报头 44 IPv6的片报头 45 域之间路由协议 46 保留协议 47 通用路由封装 48 可移动主机路由协议 49 BNA 50 IPv6封装安全有效负载 51 IPv6验证报头 52 集成的网络层安全TUBA 53 带加密的IP 54 NBMA地址解析协议 55 IP可移动性 56 使用Kryptonet钥匙管理的传输层安全协议 57 SKIP 58 IPv6的ICMP 59 IPv6的无下一个报头 60 IPv6的信宿选项 61 任何主机内部协议 62 CFTP 63 任何本地网络 64 SATNET和BackroomEXPAK 65 Kryptolan 66 MIT远程虚拟磁盘协议 67 Internet Pluribus包核心 68 任何分布式文件系统 69 SATNET监视 70 VISA协议 71 Internet包核心工具 72 计算机协议Network Executive 73 计算机协议Heart Beat 74 Wang Span网络 75 包视频协议 76 Backroom SATNET监视 77 SUN ND PROTOCOL—临时 78 WIDEBAND监视 79 WIDEBAND EXPAK 80 ISO Internet协议 81 VMTP 82 SECURE—VMTP(安全的VMTP) 83 VINES 84 TTP 85 NSFNET—IGP 86 不同网关协议 87 TCF 88 EIGRP 89 OSPFIGP 90 Sprite RPC协议 91 Locus地址解析协议 92 多播传输协议 93 AX.25帧 94 IP内部的IP封装协议 95 可移动网络互连控制协议 96 旗语通讯安全协议 97 IP中的以太封装 98 封装报头 99 任何私有加密方案 100 GMTP 101 Ipsilon流量管理协议 102 PNNI over IP 103 协议独立多播 104 ARIS 105 SCPS 106 QNX 107 活动网络 108 IP有效负载压缩协议 109 Sitara网络协议 110 Compaq对等协议 111 IP中的IPX 112 虚拟路由器冗余协议 113 PGM可靠传输协议 114 任何0跳跃协议 115 第二层隧道协议 116 D-II数据交换(DDX) 117 交互式代理传输协议 118 日程计划传输协议 119 SpectraLink无线协议 120 UTI 121 简单消息协议 122 SM 123 性能透明性协议 124 ISIS over IPv4 125 FIRE 126 Combat无线传输协议 127 Combat无线用户数据报文 128 SSCOPMCE 129 IPLT 130 安全包防护 131 IP中的私有IP封装 132 流控制传输协议 133～254 未分配 255 保留