在一个IP数据包到达目的地之前，可能发生很多的情况

可能成为碎片，但是不会重组

IP数据包格式

 

TCP/IP协议定义了一个在因特网上传输的包,称为IP数据报(IP Datagram).这是一个与硬件无关的虚拟包,由首部和数据两部分组成.首部的前一部分是固定长度,共 20 字节,是所有IP数据报必须具有的.在首部的固定部分的后面是一些可选字段,其长度是可变的.



IP数据报首部的固定部分中的各字段

 

版本: 占4位,指IP协议的版本.通信双方使用的IP协议版本必须一致.日前广泛使用的 IP协议版本号为 4 (即 IPv4).IPv6 目前还处于起步阶段.

首部长度:占 4 位,可表示的最大十进制数值是15.请注意,这个字段所表示数的单位是32位字 (1个32位字长是4 字节),因此,当 IP 的首部长度为 1111 时 (即十进制的 15),首部长度就达到 60字节.当 IP 分组的首部长度不是4字节的整数倍时,必须利用最后的填充字段加以填充.因此数据部分永远在 4字节的整数倍开始,这样在实现 IP协议时较为方便.首部长度限制为 60字节的缺点是有时可能不够用.这样做的目的是希望用户尽量减少开销.最常用的首部长度就是 20 字节 (即首部长度为 0101),这时不使用任何选项.

服务:占 8 位,用来获得更好的服务.这个字段在旧标准中叫做服务类型,但实际上一直没有被使用过.1998年IETF把这个字段改名为区分服务 DS(Differentiated Services).只有在使用区分服务时,这个字段才起作用.

总长度:总长度指首都及数据之和的长度,单位为字节.因为总长度字段为 16位,所以数据报的最大长度为 216-1=65 535字节.在IP层下面的每一种数据链路层都有自己的帧格式,其中包括帧格式中的数据字段的最大长度,即最大传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit).当一个数据报封装成链路层的帧时,此数据报的总长度 (即首部加上数据部分)一定不能超过下面的数据链路层的MTU值,否则要分片.

标识 (Identification):占 16位.IP软件在存储器中维持一个计数器,每产生一个数据报,计数器就加 1,并将此值赋给标识字段.但这个"标识"并不是序号,因为 IP是无连接的服务,数据报不存在按序接收的问题.当数据报由于长度超过网络的 MTU 而必须分片时,这个标识字段的值就被复制到所有的数据报的标识字段中.相同的标识字段的值使分片后的各数据报片最后能正确地重装成为原来的数据报.

标志 (Flag):占3 位,但目前只有2位有意义. 标志字段中的最低位记为 MF(More Fragment).MF=1即表示后面"还有分片"的数据报.MF=0表示这已是若干数据报片中的最后一个.标志字段中间的一位记为DF(Don't Fragment),意思是"不能分片",只有当 DF=0时才允许分片.

片偏移:占 13位.较长的分组在分片后,某片在原分组中的相对位置.也就是说,相对用户数据字段的起点,该片从何处开始.片偏移以 8个字节为偏移单位,这就是说,每个分片的长度一定是 8字节(64位)的整数倍.

生存时间:占 8位,生存时间字段常用的英文缩写是TTL(Time To Live),其表明数据报在网络中的寿命.由发出数据报的源点设置这个字段.其目的是防止无法交付的数据报无限制地在因特网中兜圈子,因而白白消耗网络资源.最初的设计是以秒作为 TTL的单位.每经过一个路由器时,就把TTL减去数据报在路由器消耗掉的一段时间.若数据报在路由器消耗的时间小于 1 秒,就把TTL值减 1.当 TTL值为 0时,就丢弃这个数据报.

协议:占 8 位.协议字段指出此数据报携带的数据是使用何种协议,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.详细资料请看文章最后的注释.

 

首部检验和:占 16位.这个字段只检验数据报的首部,但不包括数据部分.这是因为数据报每经过一个路由器,都要重新计算一下首都检验和 (一些字段,如生存时间,标志,片偏移等都可能发生变化),不检验数据部分可减少计算的工作量.
源地址:占32位.
目的地址:占 32位.

 

IP数据报首部的可变部分

IP首部的可变部分就是一个可选字段.选项字段用来支持排错,测量以及安全等措施,内容很丰富.此字段的长度可变,从1个字节到40个字节不等,取决于所选择的项目.某些选项项目只需要1个字节,它只包括1个字节的选项代码.但还有些选项需要多个字节,这些选项一个个拼接起来,中间不需要有分隔符,最后用全0的填充字段补齐成为4字节的整数倍.

增加首部的可变部分是为了增加IP数据报的功能,但这同时也使得IP数据报的首部长度成为可变的.这就增加了每一个路由器处理数据报的开销,实际上这些选项很少被使用.新的IP版本IPv6就将IP数据报的首部长度做成固定的.

目前,这些任选项定义如下:

安全和处理限制(用于军事领域);
	
记录路径(让每个路由器都记下它的IP地址);
	
时间戳(Time Stamp)(让每个路由器都记下IP数据报经过每一个路由器的IP地址和当地时间);
	
宽松的源站路由(Loose Source Route)(为数据报指定一系列必须经过的IP地址);
	
严格的源站路由(Strict Source Route)(与宽松的源站路由类似,但是要求只能经过指定的这些地址,不能经过其他的地址).
这些选项很少被使用,并非所有主机和路由器都支持这些选项.

 

实例

 

下面是一个TCP的SYN数据包,大家可以分析一下:

4500002C2A690000-4006B7580A616750-7CACAAAD24DE0E89-12DE958000000000-60023908EA4D0000-020405B4

 

版本:4,即IPv4;
	
首部长度:5,即5*4=20B,说明没有可变部分;
	
服务:00;
	
总长度:002C,44B;
	
标识:2A69;
	
标志+片偏移:0000;
	
生存时间:40,即64;
	
协议:06,传输控制协议,也就是TCP;
	
首部校验和:B758;
	
源地址:0A616750;
	
目的地址:7CACAAAD.
后面的数据是TCP的头部字段,这里先简单列出来,后面会详细分析:

源端口:24DE;
	
目的端口:0E89;
	
序号:12DE9580;
	
确认号:00000000;
	
数据偏移:6,即偏移24B.TCP的头部默认是20B,我们分析的数据包有一个TCP选项,占4B;
	
保留+控制位:002,表明这是一个SYN包;
	
窗口值:3908,14600,即发送者的接收窗口值;
	
校验和:EA4D;
	
紧急指针:0000;
	
选项类型:02,最大报文段长度;
	
选项长度:04;
	
选项数据:05B4,即1355.
 

 

附录：IP数据包的协议字段中，数值和所对应的协议

数值 值描述 

0  保留字段，用于IPv6(跳跃点到跳跃点选项) 

1  Internet控制消息 

2 Internet组管理 

3  网关到网关 

4  IP中的IP(封装) 

5  流 

6  传输控制 

7  CBT 

8  外部网关协议 

9  任何私有内部网关(Cisco在它的IGRP实现中使用) 

10  BBNRCC监视 

11  网络语音协议 

12  PUP 

13  ARGUS 

14  EMCON 

15  网络诊断工具 

16  混乱(Chaos) 

17  用户数据报文 

18  复用 

19  DCN测量子系统 

20  主机监视 

21  包无线测量 

22  XEROXNSIDP 

23  Trunk-1 

24  Trunk-2 

25  leaf-1 

26  leaf-2 

27  可靠的数据协议 

28  Internet可靠交易 

29  ISO传输协议第四类 

30  大块数据传输协议 

31  MFE网络服务协议 

32  MERIT节点之间协议 

33  序列交换协议 

34  第三方连接协议 

35  域之间策略路由协议 

36  XTP 

37  数据报文传递协议 

38  IDPR控制消息传输协议 

39  TP+ +传输协议 

40  IL传输协议 

41  IPv6 

42  资源命令路由协议 

43  IPv6的路由报头 

44  IPv6的片报头 

45  域之间路由协议 

46  保留协议 

47  通用路由封装 

48  可移动主机路由协议 

49  BNA 

50  IPv6封装安全有效负载 

51  IPv6验证报头 

52  集成的网络层安全TUBA 

53  带加密的IP 

54  NBMA地址解析协议 

55  IP可移动性 

56  使用Kryptonet钥匙管理的传输层安全协议 

57  SKIP 

58  IPv6的ICMP 

59  IPv6的无下一个报头 

60  IPv6的信宿选项 

61  任何主机内部协议 

62  CFTP 

63  任何本地网络 

64  SATNET和BackroomEXPAK 

65  Kryptolan 

66  MIT远程虚拟磁盘协议 

67  Internet Pluribus包核心 

68  任何分布式文件系统 

69  SATNET监视 

70  VISA协议 

71  Internet包核心工具 

72  计算机协议Network Executive 

73  计算机协议Heart Beat 

74  Wang Span网络 

75  包视频协议 

76  Backroom SATNET监视 

77  SUN ND PROTOCOL—临时 

78  WIDEBAND监视 

79  WIDEBAND EXPAK 

80  ISO Internet协议 

81  VMTP 

82  SECURE—VMTP(安全的VMTP) 

83  VINES 

84  TTP 

85  NSFNET—IGP 

86  不同网关协议 

87  TCF 

88  EIGRP 

89  OSPFIGP 

90  Sprite RPC协议 

91  Locus地址解析协议 

92  多播传输协议 

93  AX.25帧 

94  IP内部的IP封装协议 

95  可移动网络互连控制协议 

96  旗语通讯安全协议 

97  IP中的以太封装 

98  封装报头 

99  任何私有加密方案 

100 GMTP 

101  Ipsilon流量管理协议 

102  PNNI over IP 

103  协议独立多播 

104  ARIS 

105  SCPS 

106  QNX 

107  活动网络 

108  IP有效负载压缩协议 

109  Sitara网络协议 

110  Compaq对等协议 

111  IP中的IPX 

112  虚拟路由器冗余协议 

113  PGM可靠传输协议 

114  任何0跳跃协议 

115  第二层隧道协议 

116  D-II数据交换(DDX) 

117  交互式代理传输协议 

118  日程计划传输协议 

119  SpectraLink无线协议 

120  UTI 

121  简单消息协议 

122  SM 

123  性能透明性协议 

124  ISIS over IPv4 

125  FIRE 

126  Combat无线传输协议 

127  Combat无线用户数据报文 

128  SSCOPMCE 

129  IPLT 

130  安全包防护 

131  IP中的私有IP封装 

132  流控制传输协议 

133～254 未分配 

255  保留 

转自： https://blog.csdn.net/ce123_zhouwei/article/details/17453033

引言

IP提供不可靠，无连接的数据报传送服务。

不可靠：意思它不保证IP数据包能成功地到达目的地，IP仅提供尽力而为的传输服务。任何要求的可靠性必须有上层来提供。
	
无连接：意思是IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息，每个数据报的处理都是独立的。
IP报数据格式

                                

IP数据包由首部和数据两部分组成，首部由固定部分和可变部分构成，固定部分长度是20个字节，是所有IP数据报必须具有的，可变部分是可选的，长度也是可变的。

版本：4bit，指协议版本，通信双方必须使用相同的IP协议版本。IPV4对应协议版本号为4.
	
首部长度：4bit，单位4字节。当首部长度取1111时，首部长度达最大值15×4=60字节，有以下推论：

	推论1：当IP分组首部长度不是4字节的整数倍时，必须使用最后的填充字段加以填充；

	推论2：数据部分用用在4字节的整数倍开始；
	
服务：8bit；
	
总长度: 16bit，单位字节。当总长度取1111 1111 1111 1111时，总长度取最大值65535字节。数据链路层帧格式中数据部分长度最大值为MTU，当IP层的数据报封装成链路层的帧时，此数据包的总长度（首部+数据部分）若大于MTU，则需要分片。
	
标识：16bit。当数据报长度大于MTU时必须分片，这个标识字段值就会被复制到所有的分片数据包中。相同的标识字段值使分片后的各数据包片最后能正确的重装为原来的数据报。
	
标志：3bit，目前只有2位有意义。最低位MF，1(默认值)表示“还有分片”，0表示“最后一个分片”；中间位DF，1(默认值)表示“不分片”，0表示“允许分片”。
	
片偏移：13bit，单位8字节，相对数据部分起点的偏移。可知每个分片的数据部分长度都一定是8字节的整数倍。
	
生存时间(TTL)：8bit, 表明数据包在网络中的寿命。发出数据报的源点设置这个字段，其目的是防止无法交付的数据报无限制的在网络中兜圈子，白白消耗网络资源。单位不是秒，是跳hop，每经过一个路由时减1，直到为0时被抛弃。
	
协议：8bit，运输层所使用的协议，方便IP层知道应将数据包部分上交给哪个协议栈处理。
	
首部校验和：16bit，没经过一个路由器，都需要重新计算一下首部校验和，比如生存时间等首部区域的值可能发生变化，不检验数据部分可以减少工作量。
	
源地址：32bit.
	
目的地址：32bit.
IP数据报的分片

如果IP数据报被分片，分片后的数据报和原来没有分片的数据报结构是相同的，即也有是由首部和数据部两部分组成：数据区是原IP数据报数据区的一个连续部分，头部是原IP数据报头部的复制，但与原来未分片的IP数据报头部有两点主要不同：标志和片偏移。

IP数据报的重组

重组依赖首部中的以下三个域：

标识：相同的标识代表这些数据来源于同一个IP数据报；
	
标志：表示是否是最后一个分片；
	
偏移量：确定分片在原数据报中的位置。
 

首先看看以下这段话:
路由器把需到达的网络的网络号保存在路由表中，当一个IP数据报被路由器接收到时，路由器先从该IP数据报中取出目的站点的IP地址，根据IP地址计算出目的站点所在网络的网络号，然后用网络号去查找路由表以决定通过哪一个接口(线路)转发该IP数据报。
根据TCP/IP协议，路由器的数据包转发具体过程是：网络接口接收数据包，这一步由网络物理层处理，即把经编码调制后的数据信号还原为数据。根据网络物理接口，路由器调用相应的链路层功能模块，以解释处理此数据包的链路协议报头。这一步处理比较简单，主要是对完整性的验证，如CRC校验、帧长度检查。在链路导层完成对数据帧的完整性验证后，路由器开始处理此数据帧的IP层。这一过程是路由器功能的核心。根据数据帧IP包头的目的的IP地址，路由器在路由表中查找下一跳的IP地址，IP数据包头的TTL域开始减数，并计算新校验和(Check-sum)。根据路由表中所查到的下一跳IP地址，将IP数据包送往相应的输出链路层，封装上相应的链路层包头，最后经输出网络物理接口发送出去。
现在来理解:
ip包----网络层的包,有自己的格式
ip数据包-------即ip包
包-------即数据包.通常我们说什么包转发率,掉包等概念,也就是网络设备(如路由器,网卡等)就是针对它来说,也以说是数据包(包含了MAC地址等帧有的信息)
数据包--------这个概念就有时挺模糊了,所以一般不说.即不能说它一定就是ip数据包或帧。
以下结合两个命令例子来说明上面的概念理解：
(1)win2003server里的网络监视器是对网络数据进行分析，可以从网络中获取帧，这些网络数据就可以叫包(包含帧信息)，而非ip数据包。
(2)ping命令中参数l英文意思是send buffer size(默认是32即32bytes)，也就是改变发送的数据分组的字节数。例如ping -l 24
www.163.com
，其中24就是发送的ip数据包的长度，而非帧长度。这条命令用于测试与MTU相关的网络故障。(大多数设备为1500，单位是byte，本机MTU小于等于网关的MTU，数据才不会分拆。)