IPv4报头格式分析

IPv4报头
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抓包抓取到的ipv4详细信息:
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下面详细描述ipv4报头中各个字段的含义:
·Version(版本): 该字段长度为4比特位。标识IP报头的版本和格式,ipv4数据包的该字段设置为:0100

·IHL( Internet报头长度): 该字段长度为4比特位。它标识报头的总长度,以32比特位为一个单位,在ipv4中头部被限制为最多15个32位字。有效报头的最小值为5。即0101

·Type of Service(服务类型): 该字段长度为8比特位。被分为俩个部分,前6位被称为区分服务字段—DS字段;后2位是显示拥塞通知字段—ECN字段,用于QS。
·Total Length(总长度): 该字段长度为16比特位。它标识数据报和数据包的总长度,单位为字节。所以ipv4的数据最大为65535。

·Identification(标识符): 该字段长度为16比特位。它标识分段所属的组,所属为同一组则标识符相同。在网络层中也可把流量区分开来,用于流量分片。

·Flags(标记位): 该字段长度为3比特位。它分为三分部分,保留位(reserved bit)为0;分片位(Don`t fragent)当为1时标识未分片,0则标识被分片;更多位(more fragments)为0标识最后分段,为1标识更多分段。

·Fragment Offset(分段偏移): 该字段长度为13位比特位。用来重排序,它标识分段在当前数据包的位置,单位为字节。

·Time to Live(存活时间): 该字段长度为8比特位。在网络中标识数据包最大存活时间,用来防止路由环路,每经过一台路由器则TTL字段减去1,直到为0,此数据包直接被丢弃。其值最大为255,单位为s。然而现在路由器转发数据包都是用跳数来作为衡量单位。

·Protocol(协议): 该字段长度为8比特位。它用来标识上层协议(0—255),上图为6标识为TCP协议号。

·Header Checksum(报头校验和): 该字段长度为16比特位。 这个16位字段只对首部查错,不包括数据部分。在每一跳,路由器都要重新计算出的首部检验和并与此字段进行比对,如果不一致,此报文将会被丢弃。重新计算的必要性是因为每一跳的一些首部字段(如TTL、Flag、Offset等)都有可能发生变化,不检查数据部分是为了减少工作量。数据区的错误留待上层协议处理——(UDP)和(TCP)都有检验和字段。此处的检验计算方法不使用CRC。

·Source address(源地址): 该字段长度为32比特位。它标识发送者的ip地址。

·Destination address(目的地址): 该字段长度为32比特位。它标识接受者的ip地址。
·options(ip选项): 该字段长度可变。该字段提供某些控制功能,但在大部分情况下不需要这些功能。里面包括机制有松散路由,严格路由,路由记录及时间戳。

·padding(填充): 通过options字段后面补充0来补齐32位比特位,padding的和位0或者是32的倍数。

### IPv4IPv6 报头格式对比 #### IPv4 报头结构 IPv4报头较为复杂,包含多个字段用于不同的功能需求。具体来说: - **版本**:占用 4 位,指定 IP 协议的版本号。 - **头部长度 (IHL)**:同样占据 4 位,表明该 IP 数据包头部所占有的字节数量[^3]。 - **区分服务 (DSCP) / ECN**:共占有 8 位,前 6 位用来标记 DSCP 值,后两位则留给 ECN 使用。 - **总长度**:16 位无符号整数形式给出整个 IP 数据报(包括头部和负载)的大小。 - **标识符 (ID)**:由发送端分配给每一个数据分片的一个唯一编号,在重组时起到识别作用。 - **标志 (Flags)**:三个比特位组成的域,主要用于控制片段化操作。 - **片段偏移**:指示当前片段相对于原始未分割的数据位置的信息。 - **生存时间 (TTL, Time To Live)**:每经过一个路由器减一,当 TTL 达到零时丢弃此数据包并返回错误消息。 - **协议**:指明上层使用的传输层协议类型。 - **头部校验和**:为了保证 IP 头部信息不被破坏而设置的一项检验机制。 - **源地址与目的地址**:各为 32 位长,分别代表数据包来自哪里以及发往何处。 此外,还存在可选字段 Options 及 Padding 来补充额外的功能或使头部达到最小单位倍数的要求。 ```plaintext +-+ |Version| IHL |Type of Service| Total Length | +-+ | Identification | Flags | Fragment Offset | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Time to Live | Protocol | Header Checksum | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Source Address | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Destination Address | +-+ | Options and Padding | +-+ ``` #### IPv6 报头结构 相比之下,IPv6 设计更为简洁高效,去除了许多不必要的字段,并增加了新的特性来适应现代网络环境的需求。其主要组成部分如下所示: - **版本**:依旧保持 4 位不变,但仅限于表示 IPv6 版本。 - **流量类别 (Traffic Class)**:取代了原来的 TOS 字段,扩展至 8 位以提供更精细的服务质量分类能力。 - **流标签 (Flow Label)**:新增加了一个 20 比特宽的空间供特定应用使用,以便在网络路径中维持会话的一致性和连续性。 - **有效载荷长度**:代替了旧版中的“总长度”,专门记录除去固定头部之外的有效数据部分的实际尺寸。 - **下一个头 (Next Header)**:类似于 IPv4 中的“协议”字段,但它不仅涵盖了标准协议还包括可能附加的各种扩展头部。 - **跳数限制 (Hop Limit)**:对应于之前的 TTL 功能,规定了数据包能够穿越的最大跃点数目。 - **源地址与目标地址**:均扩大到了 128 位,极大地提升了可用地址的数量范围。 值得注意的是,IPv6 不再保留头部校验和这一冗余设计,从而减少了转发过程中的计算负担,提高了整体性能表现[^4]。 ```plaintext +-+ |Version| Traffic Class | Flow Label | +-+ | Payload Length | Next Header | Hop Limit | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | | + + | | + Source Address + | | + + | | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | | + + | | + Destination Address + | | + + | | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ ``` 通过上述分析可以看出,相较于 IPv4 而言,IPv6 对原有的一些概念进行了优化改进,简化了一些不再必要的组件,同时也引入了不少创新性的元素,旨在更好地满足未来互联网发展的要求。
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