IP协议

基本概念

主机: 配有IP地址, 但是不进行路由控制的设备; 路由器: 即配有IP地址, 又能进行路由控制; 节点: 主机和路由器的统称;

协议头格式

1、4位版本号(version): 指定IP协议的版本, 对于IPv4来说, 就是4。

2、4位首部长度(header length): 4个比特位能表示的最大数是15,每个单位是4个字节，即4位首部长度最大为 length * 4 的字节数.，也就是60字节，最小是最基本的20个字节。

报头与有效载荷分离;先读取20个字节，拿到首部长度和16位总长度，16位总长度减去有4位首部长度就是有效载荷。

3、8位服务类型(Type Of Service): 3位优先权字段(已经弃用), 4位TOS字段, 和1位保留字段(必须置为0).
4位TOS分别表示: 最小延时, 最大吞吐量, 最高可靠性, 最小成本. 这四者相互冲突, 只能选择一个. 对于ssh/telnet这样的应用程序, 最小延时比较重要; 对于ftp这样的程序, 最大吞吐量比较重要.

4、16位总长度(total length): IP数据报整体占多少个字节.

5、16位标识(id): 唯一的标识主机发送的报文. 如果IP报文在数据链路层被分片了, 那么每一个片里面的这个id都是相同的.

6、3位标志字段: 第一位保留(保留的意思是现在不用, 但是还没想好说不定以后要用到). 第二位置为1表示禁止分片, 这时候如果报文长度超过MTU, IP模块就会丢弃报文. 第三位表示"更多分片", 如果分片了的话, 最后一个分片置为1, 其他是0. 类似于一个结束标记.

7、13位分片偏移(framegament offset): 是分片相对于原始IP报文开始处的偏移. 其实就是在表示当前分片在原报文中处在哪个位置. 实际偏移的字节数是这个值 * 8 得到的. 因此, 除了最后一个报文之外, 其他报文的长度必须是8的整数倍(否则报文就不连续了).

8、8位生存时间(Time To Live, TTL): 数据报到达目的地的最大报文跳数. 一般是64. 每次经过一个路由, TTL -= 1, 一直减到0还没到达, 那么就丢弃了. 这个字段主要是用来防止出现路由循环。

9、8位协议: 表示上层协议的类型，例、有可能是TCP，有可能是UDP。

10、16位头部校验和: 使用CRC进行校验, 来鉴别头部是否损坏。

11、32位源地址和32位目标地址: 表示发送端和接收端.

12、选项字段(不定长, 最多40字节)

网段划分

IP地址分为两个部分, 网络号和主机号

1、网络号: 保证相互连接的两个网段具有不同的标识;
2、主机号: 同一网段内, 主机之间具有相同的网络号, 但是必须有不同的主机号;

3、不同的子网其实就是把网络号相同的主机放到一起.

4、如果在子网中新增一台主机, 则这台主机的网络号和这个子网的网络号一致, 但是主机号必须不能和子网中的其他主机重复。

通过合理设置主机号和网络号, 就可以保证在相互连接的网络中, 每台主机的IP地址都不相同.

那么问题来了, 手动管理子网内的IP, 是一个相当麻烦的事情.

有一种技术叫做DHCP, 能够自动的给子网内新增主机节点分配IP地址, 避免了手动管理IP的不便。

一般的路由器都带有DHCP功能. 因此路由器也可以看做一个DHCP服务器。

过去曾经提出一种划分网络号和主机号的方案, 把所有IP 地址分为五类, 如下图所示

随着Internet的飞速发展,这种划分方案的局限性很快显现出来,大多数组织都申请B类网络地址, 导致B类地址很快就分配完了, 而A类却浪费了大量地址;

例如, 申请了一个B类地址, 理论上一个子网内能允许6万5千多个主机. A类地址的子网内的主机数更多.

然而实际网络架设中, 不会存在一个子网内有这么多的情况. 因此大量的IP地址都被浪费掉了.

针对这种情况提出了新的划分方案, 称为CIDR(Classless Interdomain Routing):

• 引入一个额外的子网掩码(subnet mask)来区分网络号和主机号;
• 子网掩码也是一个32位的正整数. 通常用一串 “0” 来结尾;
• 将IP地址和子网掩码进行 “按位与” 操作, 得到的结果就是网络号;
• 网络号和主机号的划分与这个IP地址是A类、B类还是C类无关;

下面举2个例子：

可见,IP地址与子网掩码做与运算可以得到网络号, 主机号从全0到全1就是子网的地址范围;
IP地址和子网掩码还有一种更简洁的表示方法,例如140.252.20.68/24,表示IP地址为140.252.20.68, 子网掩码的高24位是1,也就是255.255.255.0

特殊的IP地址

• 将IP地址中的主机地址全部设为0, 就成为了网络号, 代表这个局域网；
• 将IP地址中的主机地址全部设为1, 就成为了广播地址, 用于给同一个链路中相互连接的所有主机发送数据包;
• 127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试,通常是127.0.0.1；

IP地址的数量限制

我们知道, IP地址(IPv4)是一个4字节32位的正整数. 那么一共只有 2的32次方 个IP地址, 大概是43亿左右. 而TCP/IP协议规定, 每个主机都需要有一个IP地址。

这意味着, 一共只有43亿台主机能接入网络么?
实际上, 由于一些特殊的IP地址的存在, 数量远不足43亿; 另外IP地址并非是按照主机台数来配置的, 而是每一个网卡都需要配置一个或多个IP地址.

CIDR在一定程度上缓解了IP地址不够用的问题(提高了利用率, 减少了浪费, 但是IP地址的绝对上限并没有增加), 仍然不是很够用. 这时候有三种方式来解决:

• 动态分配IP地址: 只给接入网络的设备分配IP地址. 因此同一个MAC地址的设备, 每次接入互联网中, 得到的IP地址不一定是相同的;
• NAT技术(后面会重点介绍);
• IPv6: IPv6并不是IPv4的简单升级版. 这是互不相干的两个协议, 彼此并不兼容; IPv6用16字节128位来表示一个IP地址; 但是目前IPv6还没有普及;

私有IP地址和公网IP地址

如果一个组织内部组建局域网,IP地址只用于局域网内的通信,而不直接连到Internet上,理论上 使用任意的IP地址都可以,但是RFC 1918规定了用于组建局域网的私有IP地址：

• 10.*,前8位是网络号,共16,777,216个地址；
• 172.16.到172.31.,前12位是网络号,共1,048,576个地址；
• 192.168.*,前16位是网络号,共65,536个地址；

包含在这个范围中的, 都成为私有IP, 其余的则称为全局IP(或公网IP);

路由

在复杂的网络结构中, 找出一条通往终点的路线;

路由的过程, 就是这样一跳一跳(Hop by Hop) “问路” 的过程. 所谓 “一跳” 就是数据链路层中的一个区间. 具体在以太网中指从源MAC地址到目的MAC地址之间的帧传输区间.

IP数据包的传输过程也和问路一样

• 当IP数据包, 到达路由器时, 路由器会先查看目的IP;
• 路由器决定这个数据包是能直接发送给目标主机, 还是需要发送给下一个路由器;
• 依次反复, 一直到达目标IP地址;

• 路由表可以使用route命令查看
• 如果目的IP命中了路由表, 就直接转发即可;
• 路由表中的最后一行,主要由下一跳地址和发送接口两部分组成,当目的地址与路由表中其它行都不匹配时,就按缺省路由条目规定的接口发送到下一跳地址。

假设某主机上的网络接口配置和路由表如下:

• 这台主机有两个网络接口,一个网络接口连到192.168.10.0/24网络,另一个网络接口连到192.168.56.0/24网络;
• 路由表的 Destination 是目的网络地址, Genmask 是子网掩码, Gateway 是下一跳地址, Iface 是发送接口, Flags中 的 U 标志表示此条目有效(可以禁用某些 条目), G 标志表示此条目的下一跳地址是某个路由器的地址,没有 G 标志的条目表示目的网络地址是与本机接口直接相连的网络,不必经路由器转发;

转发过程例1: 如果要发送的数据包的目的地址是192.168.56.3

• 跟第一行的子网掩码做与运算得 到192.168.56.0,与第一行的目的网络地址不符；
• 再跟第二行的子网掩码做与运算得 到192.168.56.0,正是第二行的目的网络地址,因此从eth1接口发送出去;
• 由于192.168.56.0/24正 是与eth1 接口直接相连的网络,因此可以直接发到目的主机,不需要经路由器转发;

转发过程例2: 如果要发送的数据包的目的地址是202.10.1.2

• 依次和路由表前几项进行对比, 发现都不匹配;
• 按缺省路由条目, 从eth0接口发出去, 发往192.168.10.1路由器;
• 由192.168.10.1路由器根据它的路由表决定下一跳地址;

NAT(Network Address Translation，网络地址转换).

IPv4协议中, IP地址数量不充足的问题；

NAT技术当前解决IP地址不够用的主要手段, 是路由器的一个重要功能;

• NAT能够将私有IP对外通信时转为全局IP. 也就是就是一种将私有IP和全局IP相互转化的技术方法:
• 很多学校, 家庭, 公司内部采用每个终端设置私有IP, 而在路由器或必要的服务器上设置全局IP;
• 全局IP要求唯一, 但是私有IP不需要; 在不同的局域网中出现相同的私有IP是完全不影响的;

• 一个路由器可以配置两个IP地址, 一个是WAN口IP, 一个是LAN口IP(子网IP).
• 路由器LAN口连接的主机, 都从属于当前这个路由器的子网中.
• 不同的路由器, 子网IP其实都是一样的(通常都是192.168.1.1). 子网内的主机IP地址不能重复. 但是子网之间的IP地址就可以重复了.
• 每一个家用路由器, 其实又作为运营商路由器的子网中的一个节点. 这样的运营商路由器可能会有很多级, 最外层的运营商路由器, WAN口IP就是一个公网IP了.
• 子网内的主机需要和外网进行通信时, 路由器将IP首部中的IP地址进行替换(替换成WAN口IP), 这样逐级替换, 最终数据包中的IP地址成为一个公网IP. 这种技术称为NAT(Network Address Translation，网络地址转换).

两个主机如何跨网络通信呢？

NAT IP转换过程

• NAT路由器将源地址从10.0.0.10替换成全局的IP 202.244.174.37;
• NAT路由器收到外部的数据时, 又会把目标IP从202.244.174.37替换回10.0.0.10;
• 在NAT路由器内部, 有一张自动生成的, 用于地址转换的表;
• 当 10.0.0.10 第一次向 163.221.120.9 发送数据时就会生成表中的映射关系;

NAPT

那么问题来了, 如果局域网内, 有多个主机都访问同一个外网服务器, 那么对于服务器返回的数据中, 目的IP都是相同的. 那么NAT路由器如何判定将这个数据包转发给哪个局域网的主机?

这时候NAPT来解决这个问题了. 使用IP+port来建立这个关联关系

这种关联关系也是由NAT路由器自动维护的. 例如在TCP的情况下, 建立连接时, 就会生成这个表项; 在断开连接后, 就会删除这个表项

NAT技术的缺陷

• 无法从NAT外部向内部服务器建立连接;
• 装换表的生成和销毁都需要额外开销;
• 通信过程中一旦NAT设备异常, 即使存在热备, 所有的TCP连接也都会断开;

数据链路层

认识以太网

• “以太网” 不是一种具体的网络, 而是一种技术标准; 既包含了数据链路层的内容, 也包含了一些物理层的内容. 例如: 规定了网络拓扑结构, 访问控制方式, 传输速率等;
• 例如以太网中的网线必须使用双绞线; 传输速率有10M, 100M, 1000M等;
• 以太网是当前应用最广泛的局域网技术; 和以太网并列的还有令牌环网, 无线LAN等;

以太网帧格式

认识MAC地址

• MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;
• 长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)；
• 在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址).

对比理解MAC地址和IP地址

• IP地址描述的是路途总体的 起点 和 终点;
• MAC地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点;

举例说明：唐僧西天取经：
别人会问唐僧从哪来，要到哪里去。唐僧都会回答道，贫僧是从东土大唐而来，要到西方拜佛求经。

这里的东土大唐就是：源IP
西方雷音寺就是：目的IP

有人问：和尚，你上一站从哪里来，下一站要到哪里去。唐僧回答：贫僧上一站从火焰山来，下一站要到女儿国去。

火焰山和女儿国就是：MAC地址，MAC地址，在途中，是一直改变的。

认识MTU

MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制. 这个限制是不同的数据链路对应的物理层, 产生的限制

• 以太网帧中的数据长度规定最小46字节,最大1500字节,ARP数据包的长度不够46字节,要在后面补填充位;
• 最大值1500称为以太网的最大传输单元(MTU),不同的网络类型有不同的MTU;
• 如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上,数据包长度大于拨号链路的MTU了,则需要对数据包进行分片(fragmentation);
• 不同的数据链路层标准的MTU是不同的;

注意：在网络中传播的数据都是MAC帧数据，而MAC帧最大只能一次传1500个字节，所以IP将报文给MAC帧时，每个报文不能大于1500，超过1500字节，IP要负责将其分片，分成多片传给MAC帧。当数据传到对端主机时，到 IP 层时，IP要负责组装，分片与组装，后面详谈。

MTU对IP协议的影响

由于数据链路层MTU的限制, 对于较大的IP数据包要进行分包.

• 将较大的IP包分成多个小包, 并给每个小包打上标签;
• 每个小包IP协议头的 16位标识(id) 都是相同的;
• 每个小包的IP协议头的3位标志字段中, 第2位置为0, 表示允许分片, 第3位来表示结束标记(当前是否是最后一个小包, 是的话置为1, 否则置为0);
• 到达对端时再将这些小包, 会按顺序重组, 拼装到一起返回给传输层;
• 一旦这些小包中任意一个小包丢失, 接收端的重组就会失败. 但是IP层不会负责重新传输数据;重传数据由TCP负责。
  

MTU对UDP协议的影响

• 一旦UDP携带的数据超过1472(1500 - 20(IP首部) - 8(UDP首部)), 那么就会在网络层分成多个IP数据报。
• 这多个IP数据报有任意一个丢失, 都会引起接收端网络层重组失败. 那么这就意味着, 如果UDP数据报在网络层被分片, 整个数据被丢失的概率就大大增加了。

MTU对于TCP协议的影响

• TCP的一个数据报也不能无限大, 还是受制于MTU。TCP的单个数据报的最大消息长度, 称为MSS(Max Segment Size);
• TCP在建立连接的过程中, 通信双方会进行MSS协商.
• 最理想的情况下, MSS的值正好是在IP不会被分片处理的最大长度(这个长度仍然是受制于数据链路层的MTU).
• 双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值.
• 然后双方得知对方的MSS值之后, 选择较小的作为最终MSS.
• MSS的值就是在TCP首部的40字节变长选项中(kind=2);

ARP协议

虽然我们在这里介绍ARP协议, 但是需要强调, ARP不是一个单纯的数据链路层的协议, 而是一个介于数据链路层和网络层之间的协议;

ARP数据报的格式

• 注意到源MAC地址、目的MAC地址在以太网首部和ARP请求中各出现一次,对于链路层为以太网的情况是多余的,但如果链路层是其它类型的网络则有可能是必要的
• 硬件类型指链路层网络类型,1为以太网;
• 协议类型指要转换的地址类型,0x0800为IP地址;
• 硬件地址长度对于以太网地址为6字节;
• 协议地址长度对于和IP地址为4字节;
• op字段为1表示ARP请求,op字段为2表示ARP应答；

ARP协议的作用

ARP协议建立了主机 IP地址 和 MAC地址 的映射关系.

• 在网络通讯时,源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号,却不知道目的主机的硬件地址（MAC地址）;
• 数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的,如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符,则直接丢弃;
• 因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址;

ARP协议的工作流程

ARP的原理：通过IP地址找到目标主机的MAC地址。

ARP报头中含有目标主机的IP地址: 通过路由找到目标网络之后，但是不知道目标主机的MAC地址。因为数据在网络中传送都是以MAC帧形式的，所以双方都要知道对方的MAC地址才可以。此时ARP发一条广播出去，谁的IP地址是XXX,请主动联系我。局域网所有主机都会收到这条数据，将数据向上交付到网络层，对比自己的IP地址。如果相同，就回复自对方，将自己的MAC地址告诉对方，不同，就将数据丢弃。

RARP原理：通过MAC地址找IP地址。

网络层协议协议介绍

一、网络层的功能

1、定义了基于IP协议的逻辑地址

2、连接不同的媒介类型

3、选择数据通过网络的最佳路径

二、IP数据包的格式

2.1 协议字段

版本：指IP协议版本，我们目前使用的就是IPv4，表示为0100

首部长度：IP数据包的包头长度

优先级与服务类型：该字段用于表示数据包的优先级和服务类型。通过数据包中划分一定的优先级，用于实现，QoS（服务质量）的要求。注：定义IP数据包是否优先传送。比方说双11，淘宝肯定优先推送热销产品，例如衣服，而冷门的东西如铁铲，就会降低优先级，主要因为当天访问量太大。

总长度：定义IP数据包的总长度，最长为65535字节，包括包头和数据。

标识符：该字段用于表示IP数据包的标识符。当IP对上层数据进行分片时，它将给所有的分片分配一组编号，然后将这些编号放入标识符字段中，保证分片不会被错误地重组。标识符字段用于标志一个数据包，以便接收节点可以重组被分片的数据包。

标志：和标识符一起传递，指示不可以被分片或者最后一个分片是否发出

段偏移量：在一个分片序列中如何将各分片连接起来，按什么顺序连接起来

TTL：可以防止一个数据包在网络中无限循环的转发下去，每经过一个路由器-1，当TTL的值为0时，该数据包将被丢弃

协议号：封装上层哪个协议，ICMP:1 TCP：6 UDP：17

首部校验和：这个字段只检验数据的首部，不包括数据部分。这是因为数据报每经过一次路由器，都要重新计算一下首部校验和

源地址：源IP地址，表示发送端的IP地址

目标地址：目标IP地址，表示收端的IP地址

可选项：选项字段根据实际情况课变长，可以和IP一起使用的选项有多个。例如可以输入创建该数据包的时间等。

三、ICMP协议(internet控制报文协议)

3.1icmp协议

CMP是一个“错误侦测与回馈机制”

通过IP数据包封装的

用来发送错误和控制消息

3.2ICMP协议的封装

ICMP协议属于网络层协议

ICMP数据的封装

3.3 Ping命令的用法

-t 在Windows 操作系统中，默认情况下发送4个ping包，如果在命令后面加上参数“-t”，系统将会一直不停ping下去

-a 显示主机名

-l 一般情况下，ping包的大小为32字节，有时为了检测大数据包的通过情况，可以使用参数改变ping包的大小，在linux系统下为-s

-n指定发送包的个数 -c

-s指定源IP去ping -i

四、ARP协议介绍

4.1什么是ARP协议

将一个已知的IP地址解析成MAC地址

4.2ARP协议的作用

数据传输从网络层到数据链路层的封装过程中，由于数据链路层只能识别MAC地址，就需要ARP协议将IP地址解析为MAC地址，从而保障数据的正常传输

4.3ARP工作原理

1、PC1想发送数据给PC2，会先检查自己的ARP缓存表。

2、如果发现要查找的MAC地址不在表中，就会发送一个ARP请求广播，用于发现目的地的MAC地址。ARP请求消息中包括PC1的IP地址和MAC地址以及PC2的IP地址和目的MA地址

3、交换机收到广播后做泛洪处理，除PC1外所有主机收到ARP请求消息，PC2以及单播方式发送ARP应答，并在自己的ARP表中缓存PC1的IP地址和MAC地址的对应关系，而其他主机则丢弃这个ARP请求消息。

4、PC1在自己的ARP表中添加PC2的IP地址和MAC地址的对应关系，以单播方式与PC2通信。

存PC1的IP地址和MAC地址的对应关系，而其他主机则丢弃这个ARP请求消息。

4、PC1在自己的ARP表中添加PC2的IP地址和MAC地址的对应关系，以单播方式与PC2通信。

「作者主页」：士别三日wyx
「作者简介」：CSDN top100、阿里云博客专家、华为云享专家、网络安全领域优质创作者
「专栏简介」：此文章已录入专栏《计算机网络零基础快速入门》

本章重点

1. IP协议的作用是什么？
2. IP地址分类有哪些？
3. IP数据包为什么分片？怎么分片？

IP是一种 「不可靠」的 「端到端」的数据包 「传输服务」，主要实现两个功能：数据传输 和 数据分片。

一、IP地址

IP协议根据「IP地址」将数据传输到指定的目标主机，就像你寄快递的时候需要提供一个收货地址一样。

IP地址是全世界唯一的 32 位「二进制」数，通常用4位点分十进制来表示。

在 cmd 中执行 ipconfig 命令，查看本机的IP地址：

为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址分为「网络号码」和「主机号码」两个部分，同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络号码。

1）IP地址分类

IP地址分为A、B、C、D、E五类。

A类地址第一段是网络号码，剩下三段是主机号码；
B类地址前两段是网络号码，剩下两段是主机号码；
C类地址前三段是网络号码，最后一段是主机号码；

类别	IP范围	子网掩码	描述
A类（1~126）	1.0.0.1 ~ 127.255.255.254	255.0.0.0	共有126个网络，每个网络有1600万台主机，适合大规模的网络。
B类（128~191）	128.0.0.1 ~ 191.255.255.254	255.255.0.0	共有16384个网络，每个网络有6万台主机，适合中等规模的网络。
C类（192~223）	192.0.0.1 ~ 233.255.255.254	255.255.255.0	共有209万个网络，每个网络有254台主机，适合小型网络。
D类（224~239）	224.0.0.0 ~ 239.255.255.255		组播地址
E类（240~255）	240.0.0.0 ~ 255.255.255.254		保留地址

2）私有IP地址

A、B、C类地址中，分为公有IP和私有IP。

公有IP就是「可以注册」购买的IP；
私有IP就是「无法注册」的，用于内部使用的私有地址，私有地址如下：

A类 10.0.0.0–10.255.255.255，1个

B类 172.16.0.0–172.31.255.255，16个

C类 192.168.0.0–192.168.255.255，255个

A、B、C类地址范围中，私有IP外的地址都是公有地址（特殊地址除外）。

3）特殊IP地址

部分地址拥有特殊的含义，比如下面这些：

类型	地址格式	描述
全0地址	0.0.0.0	路由表的默认路由，表示整个网络，即网络内的所有主机，而非某一个主机，不可用。
网络号全0	0.x.x.x	本网内某个特定主机
主机号全0	x.0.0.0	网络地址，表示整个网络
全1地址	255.255.255.255	子网的广播地址，路由器不转发
主机号全1	x.255.255.255	广播地址，对当前网络所有主机进行广播
环回地址	127.0.0.1 ~ 127.255.255.254	代表本机IP，可用于测试网络连通性

IP地址是数据传输功能的基础，有了IP地址，我们就能知道数据要发送到什么地方。

二、数据分片

IP协议负责将网络层的IP数据报（IP分组）传输到链路层，由链路层将数据封装成帧。

帧最多只能封装 1500 字节（默认）的数据，当超过上限时，就需要分割数据，放到多个数据帧中传输，到达目标主机后，再将数据重组起来。

分割和重组的操作在路由器中完成，发送方发送的信息经过路由器时，路由器会将数据「分割」，放到不同的数据帧中，并在帧首部的字段（MF）标明数据的顺序；

当数据传输到目的路由器后，再根据帧首部的字段将信息「重组」，发送给目标主机。

三、IP数据报

IP协议从网络层传输到数据链路层的数据叫做IP数据报；

IP数据报分为首部和数据两个部分：

首部分由固定部分（20字节）和可变部分组成，首部格式如下：

1）版本（4位）：IP协议版本，目标主机按照此版本解释数据，如果目标主机使用的是其他版本，则丢弃数据报。

2）首部长度（4位）：数据报协议头长度，最小值为5，最大值为15。

3）服务（8位）：用于分配优先级、延迟、吞吐量以及可靠性；前3位是优先级，后面4位成为服务类型，最后1位没有定义。

4）总长度（16位）：IP数据报的字节长度（协议头部和数据），其最大值为65535字节。

5）标识（16位）：一个整数，数据报分段时，用于识别当前数据报。

6）标记（3位）：由3位字段构成，最低位（MF）控制分段，存在下一个分段置为1，否则置0代表该分段是最后一个分段；中间位（DF）指出数据报是否可进行分段，如果为1则机器不能将该数据报进行分段；第三位即最高位保留不使用，值为0。

7）分段偏移（13位）：指出数据在源数据报中的相对位置，用于重组源数据。

8）生存时间（8位）：一种计数器，在丢弃数据报的每个点值依次减1直至减少为0。这样确保数据报拥有有限的环路过程（即TTL），限制了数据报的寿命。

9）协议（8位）：指明上层接收数据报的协议。

10）头部校验和（16位）：该字段帮助确保IP协议头的完整性。由于某些协议头字段的改变，这就需要对每个点重新计算和检验。计算过程是先将校验和字段置为0，然后将整个头部每16位划分为一部分，将个部分相加，再将计算结果取反码，插入到校验和字段中。

11）源地址（32位）：源主机IP地址，该字段在IPv4数据报从源主机到目的主机传输期间必须保持不变。

12）目的地址（32位）：目标主机IP地址，该字段在IPv4数据报从源主机到目的主机传输期间同样必须保持不变。