ipv4详解

1. IP 传输尽量防止产生无限循环（通常会加入传递过程中的计数器，超过次数则会丢掉IP数据包）
2. 如果IP 包太长 IP包则会分割 分别传输（因为有些网络无法传输太长的数据包，比如以太网）
3. 使用 header checksum（头部校验）来减少数据包传递到错误的目的地
4. IPV4 and IPV6
5. 可以在头部添加新的字段（喜忧参半，增加特性，但是也增加了复杂程度）

IPv4 数据结构

以下是IPv4数据报头各字段的详细功能解析，按图中顺序从左到右（即从Bit 0到Bit 31的传输顺序）说明：

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1. 版本（Version - 4位）

• 作用：标识IP协议版本（IPv4固定值为0100）
• 细节：确保接收方能正确解析数据报格式。若设备不支持该版本则丢弃数据包。

2. 头部长度（Header Length - 4位）

• 作用：表示IP头部的长度（单位：32位字，即4字节）
• 细节：最小值为5（20字节无选项），最大值为15（60字节含选项）。因选项字段较少使用，常见值为5。

3. 服务类型（Type of Service - 8位）

• 作用：定义数据包的优先级和服务质量参数（如延迟、吞吐量、可靠性）
• 细节：实际使用中多被DiffServ（区分服务）或ECN（显式拥塞通知）机制替代。

4. 总包长度（Total Packet Length - 16位）

• 作用：指示整个IP数据报的长度（头+数据，单位：字节）
• 细节：最大值为65535字节，但受MTU限制（如以太网MTU通常为1500字节）。

5. 包ID（Packet ID - 16位）

• 作用：唯一标识同一数据包的所有分片（用于重组）
• 细节：发送主机为每个原始数据包分配唯一ID，分片时所有片段保留相同ID。

6. 标志（Flags - 3位）

• 关键位：
• DF（Don’t Fragment）：置1时禁止分片（如用于路径MTU发现）
• MF（More Fragments）：置1表示后续还有分片（最后一个片段置0）

7. 片段偏移（Fragment Offset - 13位）

• 作用：指示当前分片在原始数据包中的位置（单位：8字节块）
• 示例：若偏移值为100，则该分片数据从原始包的800字节处开始。

8. 生存时间（Time to Live - 8位）

• 作用：限制数据包经过的最大路由器跳数（每经过一跳减1，归零则丢弃）
• 实际用途：防止环路，同时用于Traceroute工具实现。

9. 协议ID（Protocol ID - 8位）

• 作用：标识上层协议类型（如TCP=6, UDP=17, ICMP=1）
• 意义：告知接收方将数据交给哪个协议处理。

10. 校验和（Checksum - 16位）

• 作用：仅校验IP头部完整性（不包括数据部分）
• 计算方式：对头部每16位进行反码求和，接收方验证结果应为全1。

11. 源IP地址（32位）

• 作用：标识发送主机的逻辑地址
• 关键点：NAT设备会修改此字段以实现地址转换。

12. 目的IP地址（32位）

• 作用：标识接收主机的逻辑地址
• 路由依据：路由器根据此字段决定转发路径。

13. 选项（OPTIONS - 可变长）

• 可选功能：如记录路由（Record Route）、时间戳（Timestamp）等
• 现状：极少使用，因增加头部复杂度且可能被防火墙丢弃。

14. 填充（PAD - 可变长）

• 作用：确保IP头部长度是32位的整数倍（通过补0实现）

15. 数据（Data - 可变长）

• 内容：上层协议（如TCP/UDP）的报文
• MTU限制：数据部分最大长度 = MTU - IP头长度（通常为1480字节）。

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关键设计思想

1. 分片控制：通过ID、标志、偏移实现大数据包的分片与重组。
2. 生存管理：TTL机制兼顾防环与路径探测。
3. 轻量校验：仅校验头部以平衡性能与可靠性。
4. 灵活扩展：选项字段为协议演进预留空间（虽实际使用有限）。

如需进一步探讨某个字段的实际应用场景（如分片在VPN中的问题或TTL与Traceroute的关系），可具体说明！