IP数据报格式和IP地址路由（三）

最新推荐文章于 2025-06-30 14:02:34 发布

ahuang1900

最新推荐文章于 2025-06-30 14:02:34 发布

阅读量1k

点赞数

CC 4.0 BY-SA版权

分类专栏：计算机网络与多线程

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/suky520/article/details/39135099

计算机网络与多线程专栏收录该内容

17 篇文章

订阅专栏

本文详细介绍了IP数据报的结构，包括版本、首部长度、服务类型、标识、标志与片偏移、TTL、协议类型、头部校验和等字段，并解析了IP地址路由的工作原理，特别是IPv4地址的网络号和主机号划分，以及路由表中Destination、Gateway和Iface的概念。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、IP数据报格式

注：注意的是网络数据包以大端字节序传输，当然头部也得是大端字节序

linux中的IP数据结构体：

struct ip
  {
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
    unsigned int ip_hl:4; /* header length */
    unsigned int ip_v:4; /* version */
#endif
#if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
    unsigned int ip_v:4; /* version */
    unsigned int ip_hl:4; /* header length */
#endif
    u_int8_t ip_tos; /* type of service */
    u_short ip_len; /* total length */
    u_short ip_id; /* identification */
    u_short ip_off; /* fragment offset field */
#define IP_RF 0x8000 /* reserved fragment flag */
#define IP_DF 0x4000 /* dont fragment flag */
#define IP_MF 0x2000 /* more fragments flag */
#define IP_OFFMASK 0x1fff /* mask for fragmenting bits */
    u_int8_t ip_ttl; /* time to live */
    u_int8_t ip_p; /* protocol */
    u_short ip_sum; /* checksum */
    struct in_addr ip_src, ip_dst; /* source and dest address */
  };

版本
IP协议版本号，长度为4位，IPv4此字段值为4，IPv6此字段值为6

首部长度
以32位的字为单位，该字段长度为4位，最小值为5，即不带任何选项的IP首部20个字节；最大值为15，所以首部长度最大为60个字节

服务类型（TOS）
长度为8位。此字段包含3位的优先权（现已忽略），4位的服务类型子字段（只能有一位置1）和1位的保留位（必须置0）。4位的服务类型分别为最小延迟（D）、最大吞吐量（T）、最高可靠性（R）、最小费用（F），如下图。

总长度
该字段长度为16位，以字节为单位，该字段长度包含IP的头部和数据部分(payload)。IP数据报最大可达65535（2^16-1)个字节。

标识
16位标识，用来标识一个IP数据报，每发送一个此值会加1，可用于分片和重新组装成数据报。

标志与片偏移

3位标志其中第一位不使用，每二位DF（Don’t Fragment），该位如果为1，如果传输的数据报超过最大传输单元(MTU)，该数据报会被丢弃，并发送一个ICMP差错报文。第三位MF（More Fragment）表示是否有更多的片，该位为1，说明后续有分片。最后一片MF为0。

假设一个IP数据报大于最大传输单元MTU，那么如果设置了分片标志位，将会被分片传输。

每一片都有自己的IP 头部，IP头部中的标识是一样的，但是片偏移不同（以8字节为单位）。除了最后一片，分片要求其他片除去IP头部的大小必须是8字节的整数倍。除了第一片有tcp/udp头部，其他片都没有。分片完成后，每一片独自成为一个数据包（跟数据报概念不同，参见这里），可以走不同的路由，最后到达目的地的时候IP层根据它们各自IP头部的信息重新组成一个IP数据报。如下图，这里IP数据报被分出了2片

TTL
TTL（Time To Live）表示数据报最多可经过的路由器的数量。数据报每经过一个路由器，TTL减1，减为0时丢弃，并发送ICMP报文通知源主机。TTL可以避免数据报在路由器之间不断循环。

协议类型
表示IP层上承载的是哪个高级协议。在封装与分用的过程中，协议栈知道该交给哪个层的协议处理。1 ICMP 2 IGMP 6 TCP 17UDP

头部校验和
保证数据报头部的数据完整性，但校验不包括数据部分。

源IP地址
发送数据的主机IP地址

目的IP地址
接收数据的主机IP地址

选项与填充（选项为4字节整数倍，否则用0填充）

二、IP地址与路由

IPv4的IP地址长度为4字节，通常采用点分十进制表示法（dotted decimal representation），Internet被各种路由器和网关设备分隔成很多网段，为了标识不同的网段，需要把32位的IP地址划分成网络号和主机号两部分，网络号相同的各主机位于同一网段，相互间可以直接通信，网络号不同的主机之间通信则需要通过路由器转发。

这台主机只有一个网络接口连到172.16.148.0/24网络(172.16.148.166 & 255.255.255.0 = 172.16.148.0)

路由表的Destination（目标）是目的网络地址网关；（Gateway）是下一跳地址，接口（Iface）是发送接口，标志（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，因此下一跳地址处记为*号。

路由的处理过程如下