网际协议之IP分组格式（一）-世讯电科融合通信

我们了解到，分组交换有两种基本方式：面向连接的虚电路方式和无连接的数据报方式。在 Internet 的发展过程中，参与标准制定的学者和工程师们通过对计算机网络终端特点的分析，选择了第二种方式，即网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。网络在发送分组时不需要事先建立连接，每一个分组独立发送。网络层不提供任何服务质量的承诺，所传送的分组可能出错、丢失、重复和乱序，同时也不保证分组交付的时限。由于 IP 层不提供端到端的可靠传输服务，因此大大降低了路由器的设计复杂度，进而降低了设备的成本。如果两个主机的进程间要求可靠的通信，那么就交由主机中的运输层负责，该层提供差错处理、流量控制等多种功能以保证数据的准确性。因此，采用数据报方式可大大降低通信子网的造价，同时运行方式灵活、能够适应多种应用。In ternet 能够发展到今天的规模，也充分证明了当初这种设计思路的正确性。
我们首先了解一下 IP 分组的格式，对 IP 协议的功能有一个初步的认识。IP分组的完整格式如图一所示。在 TCP/ IP 标准中，各种数据格式通常以 32 比特（即 4 字节）为单位来描述。从图中可以看出，每个 IP 分组由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 分组所必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。下面具体介绍首部各字段的意义。

图一 IP 分组格式

1 ) 版本
指 IP 协议的版本。通信双方使用的 IP 协议的版本必须一致。目前有 IPv4 和IPv6 两种版本，IPv4 为目前广泛使用的版本，对于新兴的 1Pv6 我们将在以后中进行讨论。
2) 首部长度
由于首部的长度是不固定的，因此设立此字段以指明首部的长度。需要注意的是，该字段以 32 位字 ( 4 字节）为单位。该字段的最小值为 5 , 此时首部大小为 20 字节，不包含任何的可选项。该字段的最大值为 ( 24 - 1 ) x 4 = 60 字节，因此选项字段最多为 40 字节。然而，对于某些选项，比如记录一个分组沿途路径的选项，这个大小往往是不够的。这样做的主要目的是希望用户尽量减小开销。此外，当IP分组的首部长度不是 4 字节的整数倍时，必须利用最后的填充字段加以填充。
3) ) 区分服务
该字段在旧标准中称为“服务类型" (Type of Service) , 1998 年 IETF 将其更名为＂区分服务" ( Diffe rentiated Services ) 。但无论是改变之前还是改变之后，其目的均为区分不同的服务种类。例如，对于网络视频传输，速度比准确性更为重要，而对于文件传输，准确性比速度更加重要。
该 8 位字段目前只使用了6 位（从左至右）。早期的“服务类型” 包含了一个 3位的 Precedence 域和 3 个标志 D、T、R。Precedence 域是一个从O ( 普通级别）至7（网络控制分组）的优先级。而通过 3 个标志位，源主机可以指定它最关心的是什么，即时延( Delay 汃吞吐量( Throughput) 和可靠性( Reliability ) 。理论上，路由器可以根据该字段所设定的值在多条路径中做出路由选择，但在实际应用中，路由器通常完全忽略该字段。最终 IETF 承认了失败，并且将该字段加以微调，以适应区分服务的需要。
4) 总长度
总长度为首部长度和数据长度之和，以字节为单位。该字段长度为 16 位，因此 IP 分组的最大长度为21 6 - I = 65535 字节。
5) ) 标识
我们知道，当 IP 分组的长度大于数据链路层 MTU ( 最大传输单元，以太网为1500 字节）的要求时，需要将 IP 分组分割成多个小的报片，以便数据链路层进行数据帧封装。然而，IP服务是无连接服务，不保证分组的按序接收，这样就会在将报片恢复成分组时产生混乱。为解决这一问题，在将 IP 分组分片时，属于同一个分组的所有报片被写入相同的标识值，使目的主机可以确定一个新到达的报片属于哪一个 IP 分组。

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网际协议之IP分组格式（一）

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