计算机网络协议系列 - 网络层 IP 协议篇：IP 报文首部格式

Sunday. June 16, 2019 - 1 min

计算机网络协议系列（七）

有了前面介绍的 IP 地址和路由控制基础理论，今天带大家来看下 IP 报文首部（有的地方称之为报文头）的格式，看看前面介绍的原理如何落实到具体的数据结构上。

我们整个网络协议分享还是以 IPv4 为主，所以我们主要来看下 IPv4 报文首部的格式。

通过 IP 协议进行网络通信时，需要在数据前面加上 IP 首部信息（有的地方称之为 IP 头，一个意思），IP 首部中包含着基于 IP 协议进行发包控制时所有的必要信息：

下面我们看具体看下每个字段表示的含义：

• 版本：用于标识 IP 首部的版本号，IPv4 的版本号即4，关于 IP 首部的版本信息可以参考这里：https://www.iana.org/assignments/version-numbers/version-numbers.xhtml。
• 首部长度：IP首部的大小，单位为4字节。
• 区分服务（TOS）：用来表示服务质量，IP 协议本身是一种尽力服务的协议，无法保证通信质量，但是近年来随着音视频服务对实时性要求的提高，在使用 IP 通信过程当中保证服务质量的技术也有了蓬勃发展。DSCP 字段用于在通过 DiffServ 控制网络质量的时候设置包的优先级；ECN 则主要用于网络通信中的显式拥塞通知。
• 总长度：IP首部与数据部分结合起来的总字节数，最大长度是65535。
• 标识：用于 IP 包分片重组，不同分片标识值不同。
• 标志：表示包被分片的相关信息。
• 片偏移：用来标识被分片的每一个分段相对于原始数据的位置。以上三个字段用于 IP 包的分片与重组。
• 生存时间：最初设计为网络包的有效时间，实际用于可以中转多少个路由器，每经过一个路由器，TTL值减1，直到为0则丢弃该包。
• 协议：标识 IP 首部的上一层首部隶属于哪个协议，比如 TCP 或 UDP，具体支持的协议信息请参考这里：https://www.iana.org/assignments/protocol-numbers/protocol-numbers.xhtml。
• 首部校验和：只校验数据报的首部，不校验数据部分，主要用来确保 IP 数据报不被破坏。
• 源地址：发送端 IP 地址。
• 目标地址：接收端 IP 地址。
• 可选项：通常在实验或诊断时才使用。
• 填充：在有可选项的情况下，首部长度可能不是32位的整数倍，通过向该字段填充0，将其调整为32位整数倍，以方便计算机进行处理。
• 数据：传输的具体数据（并不是首部的一部分）。

感兴趣的话，可以试试通过 WireShark 对网络请求进行抓包，就可以看到对应的 IP 首部信息了：

可以看到，和我们上面介绍的 IP 头格式完全一致，只是没有可选字段和填充项。

在实际通信中，仅凭 IP 协议还不够，还要借助众多支持 IP 协议的相关技术才能更好地实现最终通信。下一篇开始我们将就 IP 协议的相关技术展开讨论。