ip报文格式详解(ip报文格式有几种)

arp将一个IP地址解析为一个MAC地址，这和DNS类似。每个节点的ARP模块在他的RAM中都有一ARP表，这个表包含IP地址到MAC地址的映射。假设没有找到对应的MAC地址，发送节点构造一个ARP分组的特殊分组，他有几个字段，包括发送节点和接受节点的IP地址和MAC地址，ARP查询和响应分组具有相同的格式。ARP查询分组的目的是询问子网上的所有的其它节点，来判定对应于要解析的IP地址的MAC地址。 携带主机A的IP地址Ia——物理地址Pa，适配器应该用MAC广播地址（即FF-FF-FF-FF-FF-FF）发送这个分组。包含这个ARP查询的桢里的ARP分组向上传递给它的父节点，每个节点检查它的IP地址是否与ARP分组中的目的IP地址匹配。至多一个匹配的节点给查询节点发送回一个携带要求映射的响应ARP分组。然后进行查询的节点（222，222，222，220）可以更新它的ARP表并且发送它的IP数据包！
ip报文结构ip协议为网络层协议,网络层的数据结构体一般称为ip报文,ip报文头部通常为20字节ip报文结构版本号字段表示协议支持的ip版本号,占有4个比特,当前测量的所有报文均是ipv4

UDP是一个简单的面向数据报的传输层协议:进程的每个输出操作都正好产生一个UDP数据报，并组装成一份待发送的IP数据报。这与面向流字符的协议不同，如TCP，应用程序产生的全体数据与真正发送的单个IP数据报可能没有什么联系。 UDP数据报封装成一份IP数据报的格式如下图:UTP不提供可靠性:它把应用程序传给IP层的数据发送出去，但是并不保证它们能到达目的地。应用程序必须注意IP数据报的长度。如果它超过网络MTU(最大传输单元)，那么就要对IP数据报进行分片。如果需要源端到目的端的每个网络都要进行分片，并不只是发送端主机连接第一个网络才这样做。首部结构如下图:端口号表示发送进程和接受进程，由于IP层已经把IP数据报分配给TCP或UDP（根据IP首部中协议字段值），因此TCP端口号由TCP来查看，而UDP端口号由UDP来查看。TCP端口号与UDP端口号是相互独立的。UDP长度字段指的是UDP首部和UDP数据的字节长度。该字段的最小值为8字节(发送一份0字节的UDP数据报是OK的)。这个UDP长度是有冗余的，IP数据报长度指的是数据报全长，因此UDP数据报长度等于IP数据报长度减去IP首部的长度。UDP校验和覆盖UDP首部和UDP数据。回想IP首部的校验和，它只覆盖IP的首部----并不覆盖IP数据报的任何数据。UDP和TCP在首部都有覆盖它们首部和数据的校验和。UDP校验和是可选的，而TCP的校验和是必需的。尽管U D P检验和的基本计算方法与我们之前第三节中描述的IP首部检验和计算方法相类似（16bit字的二进制反码和），但是它们之间存在不同的地方。首先，UDP数据报的长度可以为奇数字节，但是检验和算法是把若干个16bit字相加。解决方法是必要时在最后增加填充字节0，这只是为了检验和的计算（也就是说，可能增加的填充字节不被传送）。如果发送端没有计算检验和而接收端检测到检验和有差错，那么UDP数据报就要被悄悄地丢弃。不产生任何差错报文（当IP层检测到IP首部检验和有差错时也这样做）。UDP检验和是一个端到端的检验和。它由发送端计算，然后由接收端验证。其目的是为了发现UDP首部和数据在发送端到接收端之间发生的任何改动。物理网络层一般要限制每次发送数据帧的最大长度。任何时候IP层接收到一份要发送的IP数据报时，它要判断向本地哪个接口发送数据(选路)，并查询该接口获得其MTU。IP把MTU与数据报长度进行比较，如果需要则进行分片。分片可以发生在原始发送端主机上，也可以发生在中间路由器上。把一份IP数据报进行分片以后，只有到达目的地才进行重新组装(这里的重新组装与其他网络协议不同，它们要求在下一站就进行重新组装，而不是在最终目的地)。重新组装由目的端的IP层来完成，其目的是使分片和重新组装过程对传输层(TCP和UDP)是透明的。已经分片过得数据报可能会再次进行分片，IP首部中包含的数据为分片和重新组装提供了足够的信息。对于发送端发送的每份IP数据报来说，其标识字段都包含一个唯一值。该值在数据报分片时被复制到每个片中。标志字段其中一个比特来表示"更多的片"。除了最后一片外，其他每个组成数据报的片都要把比特置1。片偏移字段指的是该片偏移原始数据报开始处的位置。另外，当数据报被分片后，每个片的总长度值要改为该片的长度值。最后，标志字段中有一个比特称作“不分片”位。如果将这一比特置1，IP将不对数据报进行分片。相反把数据报丢弃并发送一个ICMP差错报（“需要进行分片但设置了不分片比特”）给起始端。当IP数据报被分片后，每一片都成为一个分组，具有自己的IP首部，并在选择路由时与其他分组独立。这样，当数据报的这些片到达目的端时可能会失序，但是在IP首部中有足够的信息让接收端能正确组装这些数据报片。IP分片有一个问题:丢失掉一片数据也要重新传输整个数据报。原因:IP层没有超时重传机制---由更高层负责超时和重传。当来自TCP报文段的某一片丢失后，TCP超时会重发整个TCP报文段，该报文段对应于一份IP数据报。没有办法重传数据报中的一个数据报片。使用UDP很容易导致IP分片。下图是UDP分片示例:发现ICMP不可达差错的另一种情况是，当路由器收到一份需要分片的数据报，而在IP首部又设置了不分片(DF)的标志比特。如果某个程序需要判断到达目的端的路途中最小MTU是多少----称作路径MTU发现机制，那么这个差错就可以被该程序使用。这个情况下ICMP不可达差错报文格式如下图：如果路由器没有提供这种新的ICMP差错报文格式，那么下一站的MTU就为0。理论上，IP数据报的最大长度是65535字节，这是由IP首部16比特总长度字段所限制的。去除20字节的IP首部和8个字节的UDP首部，UDP数据报中用户数据的最长长度为65507字节。但是，大多数实现所提供的长度比这个最大值小。其中有两个限制因素:1.应用程序可能会受到其程序接口的限制。socket API提供了一个可供应用程序调用的函数，以设置接收和发送缓存的长度。对于UDP socket，这个长度与应用程序可以读写的最大UDP数据报的长度直接相关。2.第二个限制来自于TCP/IP的内核实现。可能存在一些实现特性(或差错)，是IP数据报长度小于65535字节。我们同样可以使用UDP缠上ICMP"源站抑制"差错。当一个系统(路由器或主机)接受数据报的速度比其处理速度快时，可能产生这个差错。当在以太网传播的数据需要经过SLIP链路时，可能产生该差错报文。因为SLIP链路的速度大约只有以太网的千分之一，所以，很容易使其缓存用完。在本例中，应用程序要么没有接收到源站抑制差错信号，要么接收到却将其忽略了。结果是如果采用UDP协议，那么BSD实现通常忽略其接收到的源站抑制报文。其部分原因在于，在接收到源站抑制差错报文时，导致源站抑制的进程可能已经中止了。不处理ICMP源站抑制差错，说明了UDP是一个非可靠的协议，它只控制端到端的流量控制。除非在应用程序中建立一些应答机制，否则发送端并不知道接收端是否收到了这些数据。来自客户的是UDP数据报。IP首部包含源端和目的端IP地址，UDP首部包含了源端和目的端的UDP端口号。当一个应用程序接收到UDP数据报时，操作系统必须告诉它是谁发送了这份消息，即源IP地址和端口号。这个特性允许一个交互UDP服务器对多个客户进行处理。给每个发送请求的客户发回应答。一些应用程序需要知道数据报是发给谁的，即目的地址。这要求操作系统从接收到的UDP数据报中将目的IP地址交给应用程序。大多数UDP服务器是交互服务器，单个服务器进程对单个UDP端口上的所有客户请求进行处理。通常程序所使用的每个UDP端口都与一个有限大小的输入队列向联系。这意味着，来自不同客户的差不多同时到达的请求将有UDP自动排队。接收到UDP数据报以其接收顺序交给应用程序。因此，由于队列溢出导致的UDP数据报的丢失不可避免。应用程序不知道其输入队列什么时候会溢出，只能有UDP对超出数据报进行丢弃处理。同时，不会发挥任何消息告诉客户其数据报被丢弃。大多数UDP服务器在创建UDP端点时都使其本地IP地址具有通配符的特点。这表明进入的UFP数据报如果其目的地为服务端端口，那么任何本地接口均可接收到它。大多数系统允许UDP端点对远端地址进行限制。下面是UDP服务器本身可以创建的三类地址绑定:在所有情况下，lport指的是服务器有名端口号，localIP必须是本地接口的IP地址。表中这三行的排序是UDP模块在判断用哪个端点接收数据报时所采用的顺序。最为确定的地址（第一行）首先被匹配，最不确定的地址（最后一行IP地址带有两个星号）最后进行匹配。当UDP数据报到达的目的IP地址为广播地址或多播地址，而且在目的IP地址和端口号处有多个端点时，就向每个端点传送一份数据报的复制（端点的本地IP地址可以含有星号，它可匹配任何目的IP地址）。但是，如果UDP数据报到达的是一个单播地址，那么只向其中一个端点传送一份数据报的复制。选择哪个端点传送数据取决于各个不同的系统实现。UDP是一个简单协议。它想用户进程提供的服务位于IP层之上，包括端口号和可选的校验和，我们用UDP老检查校验和并观察分片是如何进行的。 当系统接收IP数据报的速率超过这些数据报被处理的速率时，系统可能发送ICMP源站抑制差错报文。使用UDP时很容易产生这样的ICMP差错。

IPV4和IPV6的区别参考如下： （1） IPv4可提供4,294,967,296个地址，IPv6将原来的32位地址空间增大到128位，数目是2的128次方。能够对地球上每平方米提供6×1023个网络地址，在可预见的将来是不会耗尽的。（2） IPv4 使用地址解析通讯协议 (ARP) ，IPv6使用用多点传播 Neighbor Solicitation 消息取代地址解析通讯协议 (ARP) 。（3） IPv4 中路由器不能识别用于服务质量的QoS 处理的 payload。IPv6中路由器使用 Flow Label 字段可以识别用于服务质量的 QoS 处理的 payload。（4） IPv4的回路地址为: 127.0.0.1，IPv6的回路地址为 : 000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001 可以简写为 ::1。（5） 在IPv4中，动态主机配置协议（ Dynamic Host ConfigurationProtocol，DHCP）实现了主机IP地址及其相关配置的自动设置。一个DHCP服务器拥有一个IP地址池，主机从DHCP服务器租借IP地址并获得有关的配置信息（如缺省网关、DNS服务器等），由此达到自动设置主机IP地址的目的。IP v6继承了IPv4的这种自动配置服务，并将其称为全状态自动配置（stateful autoconfiguration）。 m.pcwenku.com 供稿（6） IPv4使用 Internet 群组管理通讯协议 (IGMP) 管理本机子网络群组成员身份，IPv6使用 Multicast Listener Discovery (MLD) 消息取代 IGMP。（7） 内置的安全性。IPSec由IETF开发是确保秘密、完整、真实的信息穿越公共IP网的一种工业标准。IPsec不再是IP协议的补充部分，在IPv6中IPsec是IPv6自身所具有的功能。IPv4选择性支持IPSec，IPv6自动支持IPSec。 （8） 更好的QoS支持。QoS是网络的一种安全机制，通常情况下不需要QoS，但是对关键应用和多媒体应用就十分必要。当网络过载或拥塞时，QoS 能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。在IPv6 的包头中定义了如何处理与识别传输， IPv6 包头中使用 Flow Label 来识别传输，可使路由器标识和特殊处理属于一个流量的封包。流量是指来源和目的之间的一系列封包，因为是在 IPv6 包头中识别传输，所以即使透过 IPSec 加密的封包 payload，仍可实现对 QoS 的支持。
（1）IPV6地址长度为128比特，地址窨增大了296倍；（2）灵活的IP报文头部格式。使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPV4中可变长度的选项字段。IPV6中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单路过选项而不做任何处理，加快了报文处理速度。（3）IPV6简化了报文头部格式，字段只有7个，加快报文转发，提高了吞吐量；（4）提高安全性。身份认证和隐私权是IPV6的关键特性。（5）支持更多的服务类型；（6）允许协议继续演变，增加新的功能，使之适应未来技术的发展。

在TCP/IP协议族中，链路层主要有三个目的: (1)为IP模块发送和接受IP数据报(2)为ARP模块发送ARP请求和接受ARP应答(3)为RARP发送RARP请求和接收RARP应答以太网是当今TCP/IP采用的主要的局域网技术。它采用一种称作CSMA/CD的额媒体接入方法，其意思是带冲突检测的载波侦听多路接入。它的速率为10MB/S,地址为48bit。主机需求RFC要求每个Internet主机都与10MB/s的以太网电缆相连接：1）必须能发送和接受采用RFC894(以太网)封装格式的分组2）应该能接受与RFC894混合的RFC1024(IEEE082)封装格式的分组3）也许能够发送采用RFC1024格式封装的分组最常使用的封装格式是RFC 894定义的格式。下图显示了两种形式的封装格式。图中每个方框下面的数字是它们的字节长度。两种帧格式都采用48bit(6字节)的目的地址和源地址。ARP和RARP协议对32位bit的IP地址和48bit的硬件地址进行映射。接下来两个字节在两种帧格式中互不相同。RFC1024定义的长度字段是指它后续数据的字节长度，但不包括CRC校验码。RFC894定义了后续数据的类型。RFC1024的有效长度和RFC894有效类型值都不相同，所以，可以对两种帧格式进行区分。RFC894类型后面就是数据；而RFC1024后有哦3个字节的802.2LLC和5个字节的802.2SNAP。目的服务访问点和源服务访问点的值都设为0Xaa。Ctrl字段的值设为3。随后的3个字节org code都置为0。再接下来两个字节类型和以太网格式一样。CRC字段用于帧内后续字节差错的循环冗余码检验。RFC893描述了另一种用于以太网的封装格式，称作尾部封装。在以太网数据帧中，开始的那部分是边长的字段；将其移动到尾部(CRC之前)，这样将数据复制到内核时，就可以把数据帧的数据部分映射到一个硬件页面，节省内存到内存的赋值过程SLIP全称是Serial Line IP。它是一种在串行线路行对IP数据报进行封装的简单形式。SLIP适用于家庭中每台计算机几乎都有的RS-232串行端口和高速调制解调器接入Internet。下面的规则描述了SLIP协议定义的帧格式：1)IP数据报以一个END(0xc0)的特殊字符结束。同时，为了防止数据报到来之前的线路噪声也被当成数据报内容，大多数实现在数据报的开始处也传一个END字符。2)如果IP数据报的某个数据是END，那么就要联系传输两个字节0xdb和0Xdc来取代它。0xdb称为SLIP的ESC字符，但是它的值和ASCII码的ESC字符0x1b不同。3）如果IP报文中某个字符为SLIP的ESC字符，那么就要连续传输两个0xdb和0xdd来取代它。SLIP的图示：SLIP的缺陷：1)每一段必须知道对方的IP地址，没有办法把本端的IP地址通知给另一端。2)数据帧中没有类型字段。如果一条串行线路用于SLIP,那么它不能同时使用其他协议。3)SLIP没有在数据帧中加上校验和。SLIP线路行有许多小的TCP分组进行交换。为了传送1个字节的数据需要20个字节的IP首部和20个字节的TCP首部，总数超过40个字节。于是有了CSLIP的新协议，即压缩SLIP。一般可以把上面40个字节压缩到3-5个字节。PPP点对点协议，包含了一下三个部分:1)在串行链路上封装IP数据报的方法。PPP既支持数据为8位的无奇偶校验的异步模式，还支持面向比特的同步链接。2)建立、配置以及测试数据链路的链路控制协议(LCP)。它允许通信双发进行协商，以确定不同的选项。3)针对不同网络层协议的网络控制协议体系。PPP数据帧都是以标志字符0x7e开始和结束。紧接着是一个地址字节，值始终为0x03的字节字符。接下来是协议字段，类似于以太网中类型字段的功能。0X0021代表IP数据报；0XV021代表链路控制数据；0x8021代表信息是网络控制数据。CRC字段，是一个循环冗余校验码，以检测数据帧中的错误。总的来说，PPP比SLIP具有以下优点：1.PPP支持单根串行线路上运行多种协议；2.每一帧都有循环冗余校验；3.通信双方可以进行IP地质的动态协商(使用IP网络控制协议)；4.与CSLIP类似，对TCP和IP报文首部进行压缩；5.链路控制协议可以对多个数据链路选项进行设置。大多数产品都支持环回接口，以允许运行在同一主机上的客户程序和服务器程序通过TCP/IP进行通信。A类网络号127是为环回接口预留的。根据惯例，大多数系统把IP地址127.0.0.1分配给这个接口，并命名为localhost。图中的关键点是:1)传给环回地址(一般是127.0.0.1)的任何数据均作为IP输入。2)创个广播地址和多播地址的数据报复制一份传给环回接口，然后送到以太网上。这是因为广播传送和多播传送的定义包含主机本身。3）任何传给主机地址的数据均送到环回接口。链路层的数据帧的最大传输字节称作MTU，最大传输单元。不同类型的网络大多数都有一个上限。如果IP层有一个数据报要传，而且数据的长度比链路层的MTU还大，那么IP层就需要进行分片，把数据报分成若干份，这样每一片都小于MTU。 当在同一网络的两台主机互相进行通信时，该网络的MTU是非常重要的。但是两台主机的通信要通过多阿哥网络，那么每个网络的链路层可能有不同的MTU，重要的就不是两台主机所在网络的MTU了，而是两台通信主机路径中的最小MTU。它被称作路径MTU。

IP报文格式如下图，IP报头前5块为必选，因此，IP包最少20字节：以下为属性解说供参考：Version（版本）：标识了数据包的IP版本号，一共4位，0100表示IPV4，0110表示IPV6；IHL（报头长度）：表示32位字长的报头长度，一共4位；TOS（服务类型）：用来指定特殊的数据包处理方式。一共8位；Total Length（总长度）：接收者用IP数据包总程度减去IP报头长度，就可以确定数据包数据有效载荷的大小；Identification（标识符）：通常与标记字段和分片字段一起用于数据包的分段，长度为16位；Flags（标记字段）：用于IP数据包分段标记使用，长度为3位；Fragment Offset（分段偏移）：用于指明分段起始点相对于报头起始点的偏移量，可以使接受者按照正确的顺序重组数据包，长度为13位；Time to Live（生存时间）：用于防止数据包在网络上无休止地被传输，长度8位；Protocol（协议）：指定了数据包中信息的类型，长度8位；Header Checksum(报头校验和)：针对IP报头的纠错字段；Source Address（源地址）：表示发送者数据包源点的IP地址，长度为32位；Destination Address（目标地址）：表示发送者目标的IP地址，长度为32位；Options（可选项）：被添加在IP报头中，包括源点产生的信息和其它路由器加入的信息；可选字段，主要用于测试，长度可变；Loose Source Routing(松散源路由选择)：可以指定数据包传递的路径；可以跨越中间多台路由器；Strict Soutce Routing(严格源路由选择)：可以指定数据包传递的路径；不同于loose的是，数据包必须严格按照路由转发，如果下一跳不在路由表中，将会产生错误；Record Route(记录路由)：记录数据包离开每台路由的出接口，区别于traceroute的是，record可以记录来 回的路径，而traceroute只可以记录但方向的；Timestamp（时间戳）：记录数据包到达设备的时间；Verbose（详细内容）：查看数据包传送的详细内容；一般用于查看延迟；Padding（填充）：通过在可选字段后面添加0来补足32位，为了确保报头长度是32的倍数。
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