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  • TCP/IP详解--网络层&IP首部格式

    千次阅读 2018-08-15 10:53:03
    IP是TCP/IP协议族中最核心的协议,不管是TCP、UDP、ICMP数据最终都是以IP数据报格式传输。 IP提供不可靠、无连接、无状态的数据报传输服务 不可靠:它不保证数据报能成功的到达目的地(如果发生某些错误,比如...

    1、IP协议概述

    IP是TCP/IP协议族中最核心的协议,不管是TCP、UDP、ICMP数据最终都是以IP数据报格式传输。

    IP提供不可靠、无连接、无状态的数据报传输服务

    不可靠:它不保证数据报能成功的到达目的地(如果发生某些错误,比如路由器用完了缓冲区,IP处理方法就是丢弃,然后发送ICMP差错报文给信源端。所有的可靠性都由上层来保证)

    无状态:IP并不维护后续数据报的状态信息,每个数据报处理时都相互独立、没有上下文关系。因此缺点是无法处理乱序和重复的IP数据报。(IP数据报头部的标识字段是唯一标识一个IP数据报的,但它是用来处理IP分片和重组的,而不是用来指示接收顺序的

    无连接:指IP通信双方不长时间维持对方的任何信息,这样,上层协议每次发送数据的时候,都必须明确指定对方的IP地址。

     

    2、IP首部格式

    4位版本号:指定IP协议的版本。IPv4来说其值是4;

    4为头部长度:标识改IP头部有多少个32bit字(4字节),因为4位最大能表示15,所以IP头部最长是60字节;

    8位服务类型:包括3位优先级字段、1位保留字段和4位TOS字段。4为TOS分别表示:最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。其中最多有一个能置为1。

    16位总长度:指整个IP数据报的长度,以字节为单位,因此IP数据报的最大长度为65535(2^16-1)字节。但是由于MTU限制,长度超过MTU的数据报将会分片传输,所以实际传输的IP数据报长度远远没有达到最大值。以下3个字段描述了如何分片;

    16为标识:唯一标识主机发送的每一个数据报,其初始值是系统随机生成:每发送一个数据报,其值加1.该值在分片时被复制到每一个分片中,因此同一个数据报的所有分片都有相同的标识值。

    3位标志:第1位保留,第2位表示“禁止分片”,如果设置了该位,IP模板将不对数据报分片,超过MTU的数据将会丢弃并返回一个ICMP差错报文。第3位表示“更多分片”,除了最后一个分片外,其他的分片都要置1。

    13位分片偏移:是分片相对原始IP数据报开始处的偏移(仅指数据部分)。实际偏移值是该值左移3位得到的。所以出最后一个分片,其他分片的数据部分长度必须是8的整数倍。

    8位生存时间(TTL):设置了数据可以经过的最多的路由器数(一般是64),每经过一次路由器,该值减1,如果该值减为0依旧没有到达目的主机,就丢弃改数据报,发送ICMP差错报文(目标不可达)

    8位协议:用于区分上层协议。其中ICMP为1,TCP为6,UDP为17等等。

    16位首部校验和:由发送端填充,接收端对其使用CRC算法检验IP数据报头部在传输过程中是否损坏(只检查头部,不管数据部分)

    32位源端IP地址和32位目的IP地址:用来指定发送端和接收端的。

     

    任选项(一般没有)包括一下内容

    安全和处理限制、记录路径(每个路由器都记录它的IP地址)、时间戳、宽松的源站选路、严格的源站选路

     

    3、IP路由选择

    路由表:

    (1)目的IP地址:可以是完整的主机地址,也可以是网络地址,由标志字段指定

    (2)下一站(下一跳)路由的IP地址

    (3)标志。

    关于IP分片和路由转发部分会单独详细在讨论

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  • IP分组首部格式

    千次阅读 2020-05-20 09:36:59
    IP分组首部格式 IPv4首部包含14个字段(fields),13是必需的,最后一个可选。 1、版本(Version) 4 bits,IPv4分组的version值为0100 2、首部长度(Internet Header Length,IHL) 4 bits,单位是4 bytes。...

    IP数据报格式
    英文

    IPv4首部包含14个字段(fields),13是必需的,最后一个可选。

    1、版本(Version)
    

    4 bits,IPv4分组的version值为0100

     2、首部长度(Internet Header Length,IHL)
    

    4 bits,单位是4 bytes。最小值为5,此时首部不包含可选项(options),长度为20 bytes。最大值为15,此时IHL为60 bytes。

    3、服务类型(Differentiated Service Code Point,DSCP)
    

    8 bits,指定packet的优先级、延迟、吞吐率、可靠性要求等。

     4、明确的拥塞通告(Explicit Congestion Notification,ECN)
    

    教材上没有提及

    5、总长度(Total Length)
    

    16 bits,分组的总长度,包括首部和数据。分组最小值为IHL的最小值20 bytes,最大值为65535bytes。

     6、标识(Identifier)
    

    16 bits,同一IP分组的数据片(fragments)具有相同的标识。

     7、标志(Flags)
    

    3 bits,第0位是保留位(resvered),必需为0. 第1位=1时,表示不分片(Don’t fragment, DF),为0表示可分片。第2为=1时,表示该后续有其他分片(More fragmetns, MF)。
    !!!描述“第一位”是用第0位

     8、片偏移(Fragment Offset)
    

    13 bits,以8 bytes为单位给出当前数据片在原IP分组中的位置。最大偏移(2^13 - 1)* 8 bytes = 65528 bytes,加上首部的20 bytes已超出IP分组的最大总长度。

     9、生存时间(Time To Live,TTL)
    

    8 bits,限制IP分组在网络中存在时间的计数器,TTL的单位为秒(second) 。
    实际上,TTL作为路由(router)的最大跳数(hop count)使用初始值有发送终端设定。,每到达一个路由,TTL的值减一,值为0时,router丢弃该分组,并向sender发送ICMP时间超时(ICMP Time Exceeded)的消息。

    10、协议(Protocol)
    

    8 bits,指示IP分组数据部分使用的协议,可用的协议列表,常见的如TCP(6)、UDP(17)、ICMP(2),括号内为协议号(Protocol Number)。
    联想记忆:TCP可靠,很溜(6);UDP会遗弃(17)

    11、首部校验和(Header Checksum)
    

    16 bits,仅验证首部。分组到达router后,router计算首部的checksum,和该字段比较,不匹配则丢弃该分组。

    12、源地址(Source Address)和目的地址(Destination Address)
    

    在传输过程中,有可能被(Network address translation,NAT)设备改变。

    13、可选项(Options)
    

    联想记忆【单位】:1种8片首饰
    1-总长度,8-片偏移,4-首部长度

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  • 所有的TCP、UDP、ICMP以及IGMP数据都是以IP数据报的格式传输。IP提供不可靠、无连接的数据报传送符文。  不可靠的意思是它不能保证IP数据报能成功地到达目的地。IP仅提供尽力而为的传输符文。如果发生某种错误时,...

       IP是TCP/IP协议簇中最为核心的协议。所有的TCP、UDP、ICMP以及IGMP数据都是以IP数据报的格式传输。IP提供不可靠、无连接的数据报传送符文。
            不可靠的意思是它不能保证IP数据报能成功地到达目的地。IP仅提供尽力而为的传输符文。如果发生某种错误时,如某个路由器暂时用完了缓冲区,IP的处理办法就是丢弃,居然后发送ICMP消息报给信源端,任何要求的可靠性必须由上层提供。
            无连接意识是IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息,每个数据报的处理时相互独立的。
    1.概述
         IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP,UDP,ICMP,IGMP数据都以IP数据报格式传输。
         IP提供不可靠,无连接的数据报传送服务。

    • 不可靠:它不能保证IP数据报能成功的到达目的地。
    • 无连接:IP并不维护关于后续数据报的状态信息。每个数据报的处理都是相互独立的。

    2.IP数据报

         IP数据报的格式如图所示,普通的IP数据报首部为20个字节,除非含有选项字段。

    • 版本号:目前的版本号为4,即IPv4
    • 首部长度:指的是首部占32bit字的数目,包括选项长度
    • 服务类型(TOS):(现在大多数的TCP/IP实现不支持TOS特性)4bit的TOS分别代表:最小延迟,最大吞吐量,最高可靠性和最小费用。4bit只能置其中1bit,如果4bit均为0,则为一般服务。
    • 总长度字段:整个IP数据报的长度,以字节为单位。总长度是IP首部中必要的内容
    • 标识字段:唯一地标识主机发送的每一份数据报。
    • 标志字段:会在IP分片和重组的时候使用到。标志字段的最低位记为MF,中间的一位记为DF。MF=1表示后面还有分片。DF=0时,才能进行分片。
    • TTL(time-to-live):设置了数据可以经过的最多的路由器数,每经过一次路由器,该值-1.
    • 首部检验和:是根据IP首部计算的检验和码。
    • 源地址:
    • 目的地址:
    • 任选项:(一般没有)包括以下内容
    • 安全和处理限制
    • 记录路径(每个路由器都记录它的IP地址)
    • 时间戳
    • 宽松的源站选路
    • 严格的源站选路
       

     4.IP地址
         如今的IP网络使用32位地址,以点分十进制表示,如192.168.0.1。
         地址格式为:IP地址=网络地址+主机地址或 IP地址=网络地址+子网地址+主机地址。
         根据用途和安全性级别的不同,IP地址还可以大致分为两类:公共地址和私有地址。公用地址在Internet中使用,可以在Internet中随意访问。私有地址只能在内部网络中使用,只有通过代理服务器才能与Internet通信。
    --------------------- 
    作者:鱼思故渊 
    来源:CSDN 
    原文:https://blog.csdn.net/yusiguyuan/article/details/22759181 

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  • IP数据报首部格式

    千次阅读 2019-05-07 21:35:08
    1.IP数据报首部的固定部分中的各字段 (1)版本占4位,指IP协议的版本。通信双方使用的IP协议的版本必须一致。目前广泛使用的IP协议版本号为4(即IPv4)。关于以后要使用的IPv6(即版本6的IP协议),我们将在后面的4.6节...

     


          1. IP数据报首部的固定部分中的各字段

          (1)版本  占4位,指IP协议的版本。通信双方使用的IP协议的版本必须一致。目前广泛使用的IP协议版本号为4 (即IPv4)。 关于以后要使用的IPv6 (即版本6的IP协议),我们将在后面的4.6节讨论。

          (2)首部长度  占4位,可表示的最大十进制数值是15。 请注意,首部长度字段所表示数的单位是32位字(1 个32位字长是4字节)。因为IP首部的固定长度是20字节,因此首部长度字段的最小值是5 (即二进制表示的首部长度是0101)。 而当首部长度为最大值111时(即十进制数的15), 就表明首部长度达到最大值15个32位字长,即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IP数据报的数据部分永远在4字节的整数倍时开始,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。但这样做是希望用户尽量减少开销。最常用的首部长度是20字节(即首部长度为0101),这时不使用任何选项。

          (3)区分服务  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-直没有被使用过。1998 年IETF 把这个字段改名为区分服务DS (DifferentiatedServices)。只有在使用区分服务时,这个字段才起作用(见8.4.4 节)。在一-般的情况下都不使用这个字段[RFC 2474, 3168, 3260]。

          (4)总长度  总长度指首部和数据之和的长度,单位为字节。总长度字段为16位,因此数据报的最大长度为216- 1 = 65535字节。然而实际上传送这样长的数据报在现实中是极少遇到的。

     

          我们知道,在IP层下面的每一种数据链路层协议都规定了-.个数据帧中的数据字段的最大长度,这称为最大传送单元MTU (Maximum Transfer Unit)。当-一个IP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所规定的MTU值。例如,最常用的以太网就规定其MTU值是1500字节。若所传送的数据报长度超过数据链路层的MTU值,就必须把过长的数据报进行分片处理。

          虽然使用尽可能长的IP数据报会使传输效率得到提高(因为每- -个IP数据报中首部长度占数据报总长度的比例就会小些),但数据报短些也有好处。每-一个IP数据报越短,路由器转发的速度就越快。为此,IP协议规定,在互联网中所有的主机和路由器,必须能够接受长度不超过576字节的数据报。这是假定上层交下来的数据长度有512字节(合理的长度),加上最长的IP首部60字节,再加上4字节的富余量,就得到576字节。当主机需要发送长度超过576字节的数据报时,应当先了解一下,目的主机能否接受所要发送的数据报长度。否则,就要进行分片。

          在进行分片时(见后面的“片偏移”字段),数据报首部中的“总长度”字段是指分片后的每一-个分片的首部长度与该分片的数据长度的总和。

          (5)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片的标识字段中。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。

          (6)标志(flag)  占3位,但目前只有两位有意义。

          ●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。

          (7)片偏移  占13位。片偏移指出: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,相对于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。

     


          (8)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), 表明这是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互联网中兜圈子(例如从路由器R;转发到R2,再转发到Rs,然后又转发到R),因而白白消耗网络资源。最初的设计是以秒作为TTL值的单位。每经过- - 个路由器时,就把TTL减去数据报在路由器所消耗掉的一-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值减为零时,就丢弃这个数据报。

          然而随着技术的进步,路由器处理数据报所需的时间不断在缩短,一般都远远小于1秒,后来就把TTL字段的功能改为“跳数限制”(但名称不变)。路由器在每次转发数据报之前就把TTL值减1。 若TTL值减小到零,就丢弃这个数据报,不再转发。因此,现在ttl的单位不再是秒,而是跳数。TTL的意义是指明数据报在互联网中至多可经过多少个路由器。显然,数据报能在互联网中经过的路由器的最大数值是255。若把TTL的初始值设置为1,就表示这个数据报只能在本局域网中传送。因为这个数据报-传送到局域网上的某个路由器,在被转发之前TIL值就减小到零,因而就会被这个路由器丢弃。

          (9)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协议进行处理。

     

         (10)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一一个路由器,路由器都要重新计算一下首部检验和(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。为了进- -步减小计算检验和的工作量,IP首部的检验和不采用复杂的CRC检验码而采用下面的简单计算方法:在发送方,先把IP数据报首部划分为许多16位字的序列,并把检验和字段置零。用反码算术运算把所有16 位字相加后,将得到的和的反码写入检验和字段。接收方收到数据报后,将首部的所有16 位字再使用反码算术运算相加一次。将得到的和取反码,即得出接收方检验和的计算结果。若首部未发生任何变化,则此结果必为0,于是就保留这个数据报。否则即认为出差错,并将此数据报丢弃。图4-15说明了IP数据报首部检验和的计算过程。

    (11)源地址 32位

    (12)目的地址 32位
     

     

     

     


     

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