4.7 IP 数据报的结构及其每个域的意义（P136 4.2.5）

本节中“IP 地址”均指IPv4 地址。

（RFC-791 3.1）IP 数据报格式如下所示：

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |Version|  IHL  |Type of Service|          Total Length         |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |         Identification        |Flags|      Fragment Offset    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |  Time to Live |    Protocol   |         Header Checksum       |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                       Source Address                          |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Destination Address                        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Options                    |    Padding    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

其中：

版本（Version）：占 4 位，指 IP 协议的版本。若 IPv4 即为 6，IPv6 即为 6。
首部长度（IHL）：占 4 位，指 IP 数据报的首部长度，单位为 4 字节。最大值为 15，即 60 字节。一般 IPv4 首部仅有固定部分的 20 字节。
服务类型（Type of Service）：指明期望获得哪种类型的服务。一般情况下不使用。IP 数据报通过此字段区分优先级。
总长度（Total Length）：指当前数据报总长度，即首部长度 + 数据部分长度，单位为 1 字节。当 IP 数据报需要分片时，此字段为当前分片的总长度。
标识（Identification）：是一个计数器，当 IP 数据报需要分片时，所有分片的数据报的标识字段一致，以区分不同的数据报。极端情况下确实无法避免出现标识冲突的情况，此时需要依赖上层协议引入新的机制（例如 TCP 的序列号机制）进一步降低冲突的可能性。
标志（Flags）：占 3 位。最高位无意义；中间位为 DF（Don't Fragment），置为 1 时表示不允许分片；最低位为 MF（More Fragment），置为 1 时表示后面还有分片，0 表示这是最后一个分片。
片偏移（Fragment Offset）：占 13 位。代表当前分片所携带的数据的第一个字节，在原始 IP 数据报中的相对位置，单位为 8 字节，因此当 IP 数据报需要分片时，每个分片（最后一个分片除外）所携带的数据长度必须为 8 个字节的倍数。
生存时间 TTL（Time to Live）：指数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。路由器收到一个 IP 数据报后将 TTL 减去 1，若减去 1 后 TTL 变为 0，则直接丢弃该数据报，并使用 ICMP 向源端发送超时错误。
协议（Protocol）：占 8 位，指出数据报所携带大数据使用的何种协议。

协议名称协议字段值（10 进制）协议字段值（16 进制）
ICMP 1 0x01
IPv4 4 0x04
TCP 6 0x06
UDP 17 0x11
IPv6 41 0x29
ICMPv6 58 0x3a
OSPF 89 0x59
...
首部检验和（Header Checksum）：对首部部分的检验和，采用二进制反码求和算法：
1. 发送端将检验和部分全置为 0，然后将首部每 16 位一分并求和，求和结果取反码即为校验和。
2. 接收方将首部每 16 位一分并求和，将结果取反码，若结果为 0，则表明数据传输没有出错，保留，否则丢弃。
不使用 CRC 校验的原因：
- 早期互联网设备计算 CRC 需要大量计算资源，而 IP 数据报仅需要对头部进行简单校验，于是采用了更简单的计算方法。
- IP 数据报校验的目的是确保数据报的源地址和目的地址的准确无误，校验准确度要求没有 MAC 帧那么高，也没有必要使用 CRC。
源地址（Source Address）、目的地址（Destination Address）：各占 32 位，即 IPv4 地址。
可选项（Options）：1 ~ 40 字节不等。一般很少用。选项包含：选项类型、选项长度、选项值。
填充（Padding）：将所有可选项拼在一起后，若长度不为 4 字节的倍数，则填充至 4 字节的倍数。由于可选项中已包含选项长度，因此无需判断哪些是填充部分。

协议名称	协议字段值（10 进制）	协议字段值（16 进制）
ICMP	1	0x01
IPv4	4	0x04
TCP	6	0x06
UDP	17	0x11
IPv6	41	0x29
ICMPv6	58	0x3a
OSPF	89	0x59
...

IPv4 首部固定部分长度 20 字节。