IP首部

4位版本

4位首部长度

8位服务类型(TOS)

16位总长度(字节)

16位标识

3位标志

13位片偏移

8位生存时间(TTL)

8位协议

16位首部检验和

32位源IP地址

32位目的IP地址

32位选项(若有)

数据

32位选项之前为20字节

### IP首部结构及字段详解 IP(Internet Protocol)首部IP数据包的重要组成部分,用于描述数据包在网络中的传递方式。以下是IP首部的主要字段及其功能: #### 1. 版本 (Version) 版本字段占用4位,表示使用的IP协议版本。目前最常用的是IPv4和IPv6。对于IPv4来说,该字段固定为4。 #### 2. 首部长度 (IHL, Internet Header Length) 此字段也占用了4位,用来指示IP首部的长度,单位是以4字节为一组计算得出。因此,最小值为5(即20字节),这是标准情况下无选项字段时的标准长度[^1]。 #### 3. 差异服务代码点 (DSCP, Differentiated Services Code Point) 原名为ToS(Type of Service),现在称为DSCP,占据6位,主要用于QoS(Quality of Service)控制,定义不同类型的流量优先级和服务质量需求。 #### 4. 显式拥塞通知 (ECN, Explicit Congestion Notification) 这是一个2位字段,与DSCP一起工作来提供显式的网络拥塞反馈机制[^2]。 #### 5. 总长度 (Total Length) 总长度字段是一个16位的数值,代表整个IP数据报的长度,包括首部和数据部分。其最大值可达65535字节。 #### 6. 标识符 (Identification) 标识符字段由16位组成,主要作用是在分片重组过程中帮助识别属于同一个原始数据报的不同片段。 #### 7. 标志 (Flags) 标志字段共有3位,其中两位保留未使用,另一位则用于标记是否允许进一步分割当前数据报。如果设置了DF(Don't Fragment)标志,则不允许对该数据报进行再分片。 #### 8. 分片偏移量 (Fragment Offset) 这个13位的字段指出特定碎片相对于原始数据报起始位置的位置,以便接收方能够正确重新组装这些碎片。 #### 9. 生存时间 (TTL, Time To Live) 生存时间为8位宽,每次通过一个路由器都会减少1。当TTL降为零之前仍未抵达最终目的节点时,数据包将被丢弃并返回错误消息给源主机[^2]。 #### 10. 协议号 (Protocol) 协议号字段长8位,指定封装在IP负载内的下一个层次协议是什么类型的服务,例如TCP(6), UDP(17)等。 #### 11. 头校验和 (Header Checksum) 头校验和是对整个IP首部执行的一个简单检验算法的结果存储在此处,确保传输过程中的准确性。注意这里仅针对首部而非全部数据内容进行验证[^1]。 #### 12. 源地址(Source Address) 和 目标地址(Destination Address) 两者均为32位,在IPv4环境下分别记录发送者的IP地址以及接收者的IP地址信息。 #### 可选字段(Optional Fields) 可选字段并非总是存在,它们的存在与否取决于实际应用需求。当基本固定的20字节不足以满足某些特殊功能的要求时才启用这部分扩展区域。常见的例子如安全参数索引(SPI),路由警戒(Router Alert Option)等等[^1]。 ```python class IPPacket: def __init__(self, version=4, ihl=5, dscp=0, ecn=0, total_length=0, identification=0, flags=0, fragment_offset=0, ttl=64, protocol_number=0, header_checksum=0, source_address="", destination_address="", options=None): self.version = version self.ihl = ihl self.dscp = dscp self.ecn = ecn self.total_length = total_length self.identification = identification self.flags = flags self.fragment_offset = fragment_offset self.ttl = ttl self.protocol_number = protocol_number self.header_checksum = header_checksum self.source_address = source_address self.destination_address = destination_address self.options = [] if not options else options def calculate_header_checksum(self): pass # 实现具体的校验逻辑 def to_bytes(self): pass # 将对象转换成二进制流形式的方法实现 ```
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