TCP/IP协议原理与应用笔记25：网际协议（IP）之 数据报（Datagram）

1. 数据报（Datagram）格式：

 2. 长度字段

（1）首部长度字段，HLEN，4 bits

• 以 4 字节（即32bits）为单位
• 取值：5~15（即首部长度为20 ~ 60 bytes）

（2）总长度字段，Total length， 16 bits

• 以字节单位
• 首部长度（即 4 * HLEN）+ 数据长度

备注：IP分组的最大长度是多少 ?  

解答：65535

 

3. 服务类型字段（Service type）

（1）Type of Service（TOS），8 bits

• 该分组所期望的服务质量

 

4. 分片控制字段

（1）标识字段，Identification，16 bits

• 源站每发送一个分组，标识值+1
• （源IP地址，标识） ---> 全网唯一分组标识

（2）标志字段，Flags， 3 bits

 

（3）片偏移字段，Fragmentation offset， 13 bits

• 以 8 bytes 为单位

备注：IP数据报为什么需要被分片？

解答：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。

（ 最大传输单元（Maximum Transmission Unit：MTU）：是指一种通信协议的某一层上面所能通过的最大数据包大小（以字节为单位）。最大传输单元这个参数通常与通信接口有关（网络接口卡、串口等）。）

 

5. 生存时间字段

Time to Live（TTL），8 bits

• 分组寿命：防止路由成环时，IP被无限次转发
• 取值：分组传输时间+路由器转发处理时间 ---> 困难
• 实际：源和目的之间的路由器个数（跳数）
• 路由器转发时将 TTL值减1 ，TTL值为零时丢弃该分组

　　虽然TTL从字面上翻译，是可以存活的时间，但实际上TTL是IP数据包在计算机网络中可以转发的最大跳数。TTL字段由IP数据包的发送者设置，在IP数据包从源到目的的整个转发路径上，每经过一个路由器，路由器都会修改这个TTL字段值，具体的做法是把该TTL的值减1，然后再将IP包转发出去。如果在IP包到达目的IP之前，TTL减少为0，路由器将会丢弃收到的TTL=0的IP包并向IP包的发送者发送 ICMP time exceeded消息。

　　TTL的主要作用是避免IP包在网络中的无限循环和收发，节省了网络资源，并能使IP包的发送者能收到告警消息。

　　TTL 是由发送主机设置的，以防止数据包不断在IP互联网络上永不终止地循环。转发IP数据包时，要求路由器至少将 TTL 减小 1。

　　TTL值的注册表位置HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters 其中有个DefaultTTL的DWORD值，其数据就是默认的TTL值了，我们可以修改，但不能大于十进制的255。Windows系统设置后重启才生效。

 

　　生存时间，就是一条域名解析记录在DNS服务器中的存留时间。当各地的DNS服务器接受到解析请求时，就会向域名指定的NS服务器(权威域名服务器）发出解析请求从而获得解析记录；在获得这个记录之后，记录会在DNS服务器(各地的缓存服务器，也叫递归域名服务器）中保存一段时间，这段时间内如果再接到这个域名的解析请求，DNS服务器将不再向NS服务器发出请求，而是直接返回刚才获得的记录；而这个记录在DNS服务器上保留的时间，就是TTL值。

 

6. 协议字段

Protocol， 8 bits

协议字段指出此数据携带的数据是使用哪种协议的，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。

使用IP服务的高层协议

 

7. 校验和 字段

（1）Checksum， 16 bits

　　  差错检测

（2）只校验首部，数据部分由高层协议校验

• 无须重复校验数据部分
• 缩短了路由器转发分组时的处理时间

 

8. IP分组封装

（1）直接封装在数据链路帧中

例如：Ethernet帧

 IP分组实例：

 

9. IP分组的处理：

（1）合法性处理

• 版本
• 长度
• TTL
• Protocol
• Checksum
• IP地址

（2）分片操作

（3）重组操作

（4）选项处理