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IPv4报文格式

IPv4报文首部长度至少为20字节(没有可选字段和填充的情况下)，下面来逐一介绍首部各个字段的含义

• Version版本：表示采用哪一种具体的IP协议，对于IPv4来说该字段就填充4以表示，如果是IPv6就填充6
• IHL首部长度：如果IP首部中出现了可选字段和填充，那么首部的长度是不固定的，需要根据该字段中的数值来表示首部的真实长度
• TOS区分服务：表明服务质量，通过填充不同的数来改变最低延迟、最大吞吐、最大安全等权值，不过该字段在IPv4中一般都不被使用，原因在于TOS控制增加了太多复杂度难以维护
• Total Length总长度：表明IP报文的总长度，如果想要得到正文部分的长度，只要将总长度(Total Length)减去首部长度(IHL)即可得到
• Identification标识：用于分片重组，属于同一IP包的分片标识字段是相同的值，报文接受主机可以凭借该字段对分片进行重组
• Flags标志：有3比特组成，第1位不使用恒定为0；第2位标识此IP报文是否允许被分片(0允许1拒绝),该位在确定路径MTU时有用；第3位标志IP在第2位为1时才有用，表示是否为最后一个分片(0是1非)
• Fragment Offset片偏移：接受主机收到属于同一IP包的分片时，需要对其进行按序重组后才能向上交付，片偏移字段中记录了当前正文数据在完整数据正文中的偏移量
• TTL生存时间：IP报文在网络中是有传输时间限制的，如果在范围之内没有到达目标，这个报文就被路由器丢弃不在转发(每经过一个路由器TTL减1，至0丢弃)
• Protocol协议：指示上层采用的协议种类，是UDP填17，TCP填6
• Header CheckSum首部校验和：用于检查报文有没有发生错误，如有则丢弃
• SA源地址 DA目标地址：发送报文的主机IP和接受报文的主机IP
• Option可选字段：可以设置安全级别、源路径、路径记录、时间戳等信息(一般不用)
• Padding填充：如果IP报文具有可选字段，需要将首部长度调整为32的倍数

IPv6(仅作了解)

IPv6必要性
IP v6用以解决IP v4绝对数量不足的问题，一个IPv6的地址为16字节，其能够表示的范围远远大于IPv4。遗憾的是IPv6和IPv4不兼容，从IPv4过渡到IPv6是一项艰巨的任务

IPv6地址结构

IPv6地址以16比特为一组的点分十六进制表示，如FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7854:3211，与IPv4类似的也分为网络标识和主机标识

IPv6特点

• IP地址扩大与路由控制表的聚合
• 性能提升:首部采用固定40字节，无需首部校验码，不需要做分片处理
• 即插即用：没有DHCP服务器也能自动分配IP地址
• 安全性更高
• 多播、Mobile IP成为扩展功能

IPv6报文格式

• Version：填充6
• 通信量类：等价于IP v4的TOS
• 流标号：用于服务质量控制
• 有效载荷长度：正文长度(不包括首部，因为首部固定40B)
• 下一个首部：指示上层协议类型
• 跳数限制：等价于TTL
• 源地址目标地址：发送报文的主机IP和接受报文的主机IP

IP分片与重组

由于不同数据链路所支持的最大传输单元MTU不一致，当IP报文长度超过MTU时，需要将一个报文拆分为小于MTU的报文分批次传输，当这些分片到目标主机时被重组(注：分片由路由器完成，但重组必须由目标主机来完成)

分片的弊端很明显：就是增加了路由器负担和数据包丢包的概率，如果由一个分片丢失，那么整个IP报文全部作废，即使已经收到了其他分片，此时就需要发送端重传(需要可靠传输时)，无疑提高了时间成本，因此需要通过一定的算法尽可能的减少分片

路径MTU

路径MTU是指从发送主机到目标主机之间不需要分片时的最大MTU大小(路径中存在的所有数据链路中最小的MTU)，如果每一次发送的报文长度小于路径MTU，节点路由器就不需要分片操作，分片操作只会由发送主机进行(减少路由器压力)
**如何确定路径MTU：**通过试探性发送完整数据包给下一跳节点，下一跳节点会返回其所管理的网段的MTU，迭代操作直至发送主机不在收到MTU告知时就可以确定路径MTU

如果上层采用的是可靠传输TCP，那么通过MTU可以计算出MSS(最大段长度)的值，使得传输层每一次交给网络层的报文长度一定是小于MTU的，这样连发送主机都不用进行分片操作了。