IPv4數(shù)據(jù)報格式

IPv4數(shù)據(jù)報格式如下圖所示

其中，有如下的關鍵字段需要特別注意：

版本（號）：

版本字段共4比特，規(guī)定了數(shù)據(jù)報的IP協(xié)議版本。通過查看版本號嗎，路由器能確定如何解釋IP數(shù)據(jù)報的剩余部分。不同的IP版本使用不同的數(shù)據(jù)報格式。

首部長度：

因為一個IPv4數(shù)據(jù)報可包含一些可變數(shù)量的選項（這些選項包括在IPv4數(shù)據(jù)報首部中。）

故需要這4比特來確定IP數(shù)據(jù)報中載荷實際開始的地方（也就是數(shù)據(jù)開始的地方，從第幾個自己開

始是數(shù)據(jù)）。大多數(shù)的IP數(shù)據(jù)報中不包含選項，故一般的IP數(shù)據(jù)報具有20字節(jié)的首部。

服務類型：

服務類型（TOS）比特包含在IPv4首部中，以便使不同的IP數(shù)據(jù)報能夠相互區(qū)別開來（TCP/UDP）。

數(shù)據(jù)報長度：

這是IP數(shù)據(jù)報的總長度（首部加上數(shù)據(jù)），以字節(jié)計算。該字段長為16比特，故IP數(shù)據(jù)報的最大理論長度為65535（2的16次方-1）。

然而，數(shù)據(jù)報很少有超過1500字節(jié)的。

標識、標志、片偏移：

這三個字段與IP分片有，但是IPv6不允許分片。

壽命（TTL）：

該字段用來確定一個數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡中存在的時間，每當一個路由器處理一次該數(shù)據(jù)報，TLL就減

一，當TTL等于0時，數(shù)據(jù)報就會被丟棄。

協(xié)議：

該字段通常僅當一個IP數(shù)據(jù)報到達目的地的時候才會有用，該字段指示了IP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分應當

交給哪一個運輸層協(xié)議。

例如，值為96交給TCP，值為17交給UDP。

首部檢驗和：

首部檢驗和用于幫助路由器檢測收到的IP數(shù)據(jù)報中的比特錯誤。

源和目的IP地址：

當某源生成一個數(shù)據(jù)報時，它在源IP字段中插入它的IP地址，在目的IP地址字段中插入最終目的地

的地址。

選項：

選項字段允許IP首部被擴展。

數(shù)據(jù)（有效載荷）：

傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

IPv4數(shù)據(jù)報分片

數(shù)據(jù)報分片的由來

在后面，我們將會知道鏈路層協(xié)議承載的網(wǎng)路層分組的長度是不一樣的，我們把一個鏈路層幀能承

載的最大數(shù)據(jù)量叫作最大傳送單元（MTU）。

因此，我們需要對IP數(shù)據(jù)報進行合理的切片，以便數(shù)據(jù)報在任何鏈路層上都能被運輸。

數(shù)據(jù)報切片的具體過程

現(xiàn)在我們假設，一個端系統(tǒng)接收到了很多個小的切片。

端系統(tǒng)該怎么將這些切片合理的分組并且拼接到一起呢？

IP數(shù)據(jù)報的標識字段，用來確定那些數(shù)據(jù)報切片是同一個原始數(shù)據(jù)報的。

發(fā)送主機發(fā)送的每一個數(shù)據(jù)報都會有一個標識，標識是依次加1的。

當某路由器需要對一個數(shù)據(jù)報切片時，形成的每一個小的數(shù)據(jù)報都具有相同的源地址和目的地址，

并且具有相同的一個標識，因此標識相同的小數(shù)據(jù)報就是一個源數(shù)據(jù)報的。

IP數(shù)據(jù)報的標志字段，用來確定某個小的數(shù)據(jù)報切片是某個源數(shù)據(jù)報切片后生成眾多小小數(shù)據(jù)報的

最后一個。

例如某個數(shù)據(jù)報被分成了N片，則前面的N-1片的標志比特都是1，而最后一個片的標志比特是0，

用來表示該片是最后一片。

IP數(shù)據(jù)報的片偏移字段，用來確定某個數(shù)據(jù)報切成的片中，有沒有一些片丟失。

IPv4編址

主機與路由器連入網(wǎng)絡的方法

一臺主機通常只有一條鏈路連接到網(wǎng)絡，當主機中的IP想發(fā)送一個數(shù)據(jù)報時，它就在該鏈路上發(fā)

送。

主機與物理鏈路之間的邊界叫作：“接口”（interface）

一臺路由器有多條鏈路，因此路由器有多個接口，路由器與它的任意一條鏈路之間的邊界也叫作接口。

IP要求每臺主機和路由器接口擁有自己的IP地址。

因此，從技術上講，一個IP地址與一個接口相關聯(lián)，而不是與包括該接口的主機或路由器相關聯(lián)。

IPv4的具體編址原理

每個IP地址長度為4字節(jié)，因此共有2的三十二次方個可能的ip地址（40億個）。

這些地址通常按所謂“點分十進制記法”書寫。

即地址中的每個字節(jié)用它的十進制形式書寫，各字節(jié)間以句點隔開。

例如：IP地址:193.32.216.9，

其中，193是該地址的第一個8比特的十進制等價數(shù)，32是該地址的第二個8比特的十進制等價數(shù)。

因此，193.32.216.9的二進制記法是：

“11000001 00100000 11011000 00001001”

在全球因特網(wǎng)的每臺主機和路由器上的每個接口，都必須有一個全球唯一的IP地址（NAT后的接口

除外）。

而一個接口的地址的一部分，需要由其連接的子網(wǎng)來確定。

下面是一個IP編址與接口的例子：

在上圖中，這七臺主機通過一個路由器進行互聯(lián)，該路由器有三個接口（223.1.1.4、223.1.2.9、

223.1.3.27）。

其中，最左邊的三臺主機，它們的IP地址是“223.1.1.xxx”開頭的地址。

因此包括最左邊的三個主機和一個223.1.1.4的路由器接口通過一個并不包含路由器的網(wǎng)絡互聯(lián)起

來。

（在此情況下，該網(wǎng)絡可能是由一個以太網(wǎng)LAN互聯(lián)或者一個無線接入點互聯(lián)）

用IP的術語來說，互聯(lián)這三個主機接口和一個路由器接口的網(wǎng)絡形成一個子網(wǎng)（subnet）。（在某

些地方，子網(wǎng)也被稱為IP網(wǎng)絡或直接稱為網(wǎng)絡。）

IP編址為這個子網(wǎng)分配一個地址223.1.1.0./24。

其中的/24記法，有時稱為：“子網(wǎng)掩碼”（networkmask），指示32比特中的最左側(cè)24比特定義了

子網(wǎng)地址。

因此子網(wǎng)223.1.1.0/24由三個主機接口和一個路由器接口組成，任何其他要連到223.1.1.0/24網(wǎng)絡的

主機都要求其地址具有223.1.1.xxx的形式。

下圖是另外兩個子網(wǎng)

下面我們更為深入的討論子網(wǎng)掩碼：

對上圖而言，我們有幾個子網(wǎng)呢？

首先，是三個路由器和主機之間的子網(wǎng)（223.1.1.0/24、223.1.2.0/24、223.1.1.3.0/24）

此外，還有三個路由器和路由器之間的子網(wǎng)：

（223.1.7.0/24、223.1.8.0/24、223.1.9.0/24）

因此，我們有了一個更為精確地系統(tǒng)中的子網(wǎng)定義：

“分開主機和路由器的每個端口，產(chǎn)生幾個隔離的網(wǎng)路島，使用接口端連接這些隔離的網(wǎng)絡的端

點。這些隔離的網(wǎng)絡中的每一個都叫做一個子網(wǎng)”。

因特網(wǎng)的地址分配策略被稱為無類別域間路由選擇（CIDR）。

CIDR將子網(wǎng)尋址的概念一般化了。當使用子網(wǎng)尋址時，32比特的IP地址被劃分為兩部分，并且也

具有點分十進制形式a.b.c.d/x，其中x指示了地址的第一部分中的比特數(shù)。

形式為a.b.c.d/x的地址的x最高比特構(gòu)成了IP地址的網(wǎng)絡部分，并且經(jīng)常被稱為該地址的前綴

（prefix）（或網(wǎng)絡前綴）。

一個組織通常被分配一塊連續(xù)的地址，即具有相同前綴的一段地址。

此外，還有一種特殊類型的IP地址，即IP廣播地址：255.255.255.255。

當一臺主機發(fā)送一個目的地址為255.255.255.255的數(shù)據(jù)報時，該報文會交付給同一個網(wǎng)絡中的所

有主機。

路由器也會有選擇地向鄰近的子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)報文。（雖然通常不這樣做。）

路由聚合、地址聚合、路由摘要

這是一個ISP將8個組織連接到因特網(wǎng)的例子，它也很好地說明了仔細分配CIDR 化的地址有利于路

由選擇的道理。

如下圖，假設該ISP (我們稱之為Fly- By-Night-ISP) 向外界通告，它應該發(fā)送所有地址的前20比特

是200. 23. 16. 0/20類型的數(shù)據(jù)報。

外界的其他部分不需要知道在地址塊200. 23. 16. 0/20內(nèi)實際上還存在8個其他組織，其中每個組

織有自己的子網(wǎng)°這種使用單個網(wǎng)絡前綴通告多個網(wǎng)絡的能力通常稱為

地址聚合(address aggregation )

也稱為路由聚合(route aggregation )

或者路由摘要(routesummarization)

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-745036.html

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