计算机网络【IP数据包首部的各个字段详解】

2023-10-30

文章目录

一网络层简述
二网络层首部--版本，首部长度，区分服务，总长度
三网络层首部--标识，标志，片偏移
四网络层首部--生存时间，协议，首部检验和
五可选字段，填充字段，源IP，目标IP，
六总结

一网络层简述

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一个IP数据包的首部至少是20个字节！

二网络层首部–版本，首部长度，区分服务，总长度

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版本:
就是指出IP数据包是什么版本；常见的版本就是0100 IPV4和 0110 IPV6；

首部长度:
整个IP数据包的首部长度，不包括数据部分；
但是首部长度只用4个bit存储，表示最大值也是1111，即15；
而我们实际上首部长度还需要乘于5才可以得到实际答案；
假如首部长度为0101，也就是4，那么实际的首部长度为4×5=20；
假如首部长度为1111，也就是15，那么实际的首部长度为15×4=60；
常见的首部长度一般都是20字节，因为IP数据包至少需要20字节

区分服务：
整个字段主要是用来提高网络服务质量的，至于细节我们不用深究！举个例子描述以下它是如何提高网络服务质量的，比如说我们有一个客户端要给服务器发数据包，这中间过程需要经过路由器，而路由器接收到这个IP数据包时候，会检查它的首部字段的区分服务是否有设置什么值，这些值是可以提高网络服务的，比如可能会优先传送该IP数据包，大概就是这样！！！

总长度：

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总长度表示IP数据包整个大小；
总长度占两个字节，也就是说有16个bit可以表示总长度，也就是说总长度的范围是0-65535数据范围；
但是我们知道网络层的数据包需要传输给数据链路层的帧数据部分，而数据链路层帧的数据部分长度不可以超过1500；也就是IP假如是65535那么大的话，是无法传输给数据链路层的帧部分的，那么我们就需要对IP数据包进行分片，拆分成小于1500的数据包再传输给数据链路层；至于如何分片，分片后如何找到那些片段是同一个数据包，传输过去后，如何正确的拼回原来的数据包都是未解决的问题。接下来都会讲到这几个问题。

三网络层首部–标识，标志，片偏移

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标识：
就是标识该数据包是某一个大的IP包的分片包，标识一样的数据包都是属于同一数据包的分片中的某一片；
比如有一个IP包很大：3800字节，很明显，传输给数据链路层是无法接收的，那么就需要分片，假设分了3片，那么这三片数据包的标识都是一模一样的，因为这三片数据包都是同一个大的IP数据包分片出来的；
标识的字段也解决了一个问题，就是分片后的数据包，是如何找回来的拼接成为原来的大IP数据包的问题

片偏移：
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片偏移字段主要是说明：该数据包被分片后，相对于第一片偏移了多少个字节；
但是实际上我们在IP数据包看到的片偏移字段结果不是实际的结果，实际的结果还是需要片偏移的值×8，也就是字节偏移；
如上图：我们IP数据包3800字节，被分了三片！
片偏移字段的主要作用是：说明该IP数据包是分片后的具体位置在哪一片中，根据片偏移可以一个一个的拼凑成一个完整的包，相当于拼会成原来大的IP数据包有了参考一样；
比如上图：当我们在服务器的网络层拿到了三个分片的IP数据包后，我们是可以根据每个包的标志位，和片偏移位组合成为一个完整的IP数据包！标志位相同说明上面三个分片都是同一个大的IP数据包分片出来的，偏移位标识拼接的顺序是怎么样，如何拼接才会保持数据顺序变；

有一个问题：为什么字节偏移需要用片偏移字段×8才可以得到实际的值呢？
其实很好想，因为片偏移只有13个bit去存放片偏移的信息，很明显13个bit存放的信息是有限的，所以我们了表示更多的信息，就需要×8才可以；

实际上：我们仅仅通过标识和片偏移是无法确定IP数据包是什么时候拼接结束的问题，我们拿到片偏移，只能确定拼接的顺序，而结束的标志却没有！
所以为了解决这个问题，我们的IP数据包首部字段中还是有一个比较重要字段：标志位

标志位：
标志位：占3个bit；
第一个bit我们通常作为保留位：直白一点就是基本不用这个位的信息，通常我们抓包见到都是0；
第二个bit表示不要分片的意思：也就是说，当我们看到第二个bit位置是1时候，表示这个数据包不需要分片；为0时候就表示需要分片；通常该数据包过大时候需要分片那么该数据包的第二个bit就是为1；
第三个bit表示更多分片：直白点就是该位置为1时候，表示不是最后一片，为0时候就是最后一片数据包；
所以：我们在拼接数据包时候，我们是可以根据标志位的第三个bit位为0，就知道这个IP数据包时最后一片数据包了，当把这个数据包拼接过后，那么就表示大的IP数据包就完成了拼接；

四网络层首部–生存时间，协议，首部检验和

我们先来看看协议字段
协议：
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协议字段表示上一层传输下来的是什么协议！如上图，不同的值表示不同的协议；
假如说IP数据包数据部分，封装是TCP协议，那么就说明协议字段的值为6，假如为UDP,那么值为17；
抓个ICMP包看看，对于协议字段的值为1；也就是表面为上一层传下来是ICMP包
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首部检验和：
其实这个字段没什么好说的就是检验你的包是否正确；

生存时间：
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/1fe3cf6e5d4f4abb81239da2fee57906.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,sh
TTL一般是操作系统内定设置好的，每个操作系统的TTL的值都可能不一样！

五可选字段，填充字段，源IP，目标IP，

可选字段一般都是在一个IP数据包头部的20个字节无法表达完整信息时候，才会使用它；
填充字段一般也是为了筹够20个字节的IP数据包的首部才会使用；
其实这个两个字段都不是很常见，也就是说，我们通常看到的IP数据包的首部这两个字段是五具体信息的！
源IP地址和目标IP地址，我们都很清楚，发数据包过去肯定需要这两个字段的信息。

六总结

其实要学明白IP数据包的首部各个字段，最主要的是结合理论信息，通过手动抓包分析去理解各个字段！反正这写字段理解了就很容易记住！
而我并没有放抓包的信息的图，因为我觉得这个放上去可能信息有点乱，但是你们不会学习时候，必须自己抓包分析，这样才会理解深刻！
最后附上我自己花的IP数据包首部字段的图给你们！！！
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