📡 IP报文格式大全

版本 (Version) + 头部长度 (IHL)

版本 (4 bits): 标识 IP 协议版本，IPv4 固定为 0100 (4)。

IHL - Internet Header Length (4 bits): 头部长度，以 32 位字为单位。最小值为 5（20 字节），最大值为 15（60 字节）。

这两个字段共占 1 字节（8 位），前 4 位为版本，后 4 位为 IHL。

• 例如 IHL = 5 表示头部为 5 × 4 = 20 字节（无选项字段）
• IHL = 6 表示头部为 24 字节（包含 4 字节选项）

服务类型 (DSCP) + ECN

DSCP - Differentiated Services Code Point (6 bits): 区分服务编码点，用于 QoS 标记，定义数据包的优先级和处理策略。

ECN - Explicit Congestion Notification (2 bits): 显式拥塞通知，用于在拥塞时通知发送方降低速率，而不丢弃数据包。

这两个字段共占 1 字节（8 位），前 6 位为 DSCP，后 2 位为 ECN。

• DSCP 值 0-63，常见值：EF ( Expedited Forwarding, 101110) 用于语音等实时流量
• ECN 值：00 (不支持), 01 (ECT(0)), 10 (ECT(1)), 11 (CE)

总长度 (Total Length)

16 位字段: 表示整个 IP 数据包（头部 + 数据）的长度，单位为字节。

取值范围：0 - 65,535 字节。但实际传输中通常受 MTU 限制（如以太网 MTU 1500 字节）。

• 最小值为 20 字节（只有头部，无数据）
• 如果数据包需要分片，每个分片都有自己的总长度字段
• 接收方通过此字段判断数据包是否完整

标识 (Identification)

16 位字段: 用于标识主机发送的每一个数据包。当数据包需要分片时，所有分片都保留相同的标识值。

发送主机为每个发出的数据包递增此值（通常从 0 或随机值开始）。

• 接收方通过标识字段识别属于同一原始数据包的分片
• 配合源 IP、目的 IP 和协议字段唯一标识一个数据流
• 标识值会循环使用（达到 65535 后回到 0）

标志 (Flags) + 片偏移 (Fragment Offset)

Flags (3 bits): 分片控制标志。

• 第 0 位：保留，必须为 0
• 第 1 位：DF (Don't Fragment) - 0=允许分片, 1=禁止分片
• 第 2 位：MF (More Fragments) - 0=最后一片, 1=还有后续分片

Fragment Offset (13 bits): 片偏移，表示该分片在原始数据包中的位置，单位为 8 字节（64 位）。

• 第一个分片偏移为 0
• 后续分片偏移 = 前面所有分片的数据长度 / 8
• 最大可表示偏移：8191 × 8 = 65,528 字节

生存时间 (TTL - Time To Live)

8 位字段: 数据包在网络中能够经过的最大跳数（路由器跳数）。

每经过一个路由器，TTL 值减 1。当 TTL 减到 0 时，路由器丢弃该数据包，并向源主机发送 ICMP Time Exceeded 消息。

• 初始值通常为 64（Linux）、128（Windows）或 255（Cisco）
• 防止数据包在网络中无限循环
• 可以用 traceroute 工具通过 TTL 探测路径

协议 (Protocol)

8 位字段: 标识上层协议类型，指示 IP 数据包中封装的是哪种协议的数据。

常见协议号：

• 1 - ICMP (Internet Control Message Protocol)
• 6 - TCP (Transmission Control Protocol)
• 17 - UDP (User Datagram Protocol)
• 89 - OSPF (Open Shortest Path First)
• 47 - GRE (Generic Routing Encapsulation)

接收方根据此字段将数据部分交给相应的上层协议处理。

头部校验和 (Header Checksum)

16 位字段: 仅对 IP 头部进行校验，不包括数据部分。

校验和计算方法：

• 将头部视为 16 位字的序列
• 所有 16 位字求和（采用 1 的补码运算）
• 取结果的 1 的补码作为校验和字段的值
• 校验时重新计算，结果应为 0（表示无错误）

注意: 路由器转发时，TTL 字段会减 1，因此必须重新计算校验和。

源 IP 地址 (Source Address)

32 位字段 (4 字节): 标识发送方的 IP 地址。

格式：点分十进制表示，如 192.168.1.100。

• 在 NAT 环境中，此地址可能被转换为公网 IP
• 接收方回复数据包时，目的地址填此字段的值
• 用于路由选择和返回路径

目的 IP 地址 (Destination Address)

32 位字段 (4 字节): 标识接收方的 IP 地址。

路由器根据目的地址进行路由转发决策。

• 单播地址：指向单个主机
• 广播地址：如 255.255.255.255（受限广播）
• 多播地址：如 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

选项 (Options) + 填充 (Padding)

可变长度 (0-40 字节): 可选字段，用于特殊功能。

常见选项：

• Security - 安全限制（军用级别）
• Loose Source Routing - 松散源路由（指定部分路由）
• Strict Source Routing - 严格源路由（指定完整路径）
• Record Route - 记录路由路径
• Timestamp - 时间戳记录
• Router Alert - 路由器提醒

如果选项长度不是 32 位的倍数，需要用 0 填充，确保头部总长度为 32 位的倍数。