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计算机网络 · 04-network

IPv4分组格式

难度 ★★★重要度 ★★★★★ 考查频率 低题型 选择 / 计算 IPv4IP分组IP头版本TTL协议
速查
IPv4 首部最小 20 字节(IHL=5,单位 4 字节),最大 60 字节(含选项)。TTL 每跳减 1 防环;分片偏移单位 8 字节;协议字段 6=TCP, 17=UDP, 1=ICMP;分片计算是 408 高频考点。

IP 分组头部结构

Ver IHL DSCP/ECN Total Length Identification Flags / Fragment Offset TTL / Protocol / Checksum Source IP Address (32 bit) Destination IP Address (32 bit)
图:IPv4 首部主要字段(每行 32 位)。

各字段详解

字段长度说明
Version4bitIP 版本号,$IPv4=4$
IHL4bit头部长度,单位 4 字节(最小 5,即 20 字节)
DSCP6bit差分服务代码点(原 TOS)
ECN2bit显式拥塞通知
Total Length16bit分组总长度(头+数据),最大 65535 字节
Identification16bit标识符,同一分片的标识相同
Flags3bitDF(不分片)、MF(更多分片)
Fragment Offset13bit分片偏移,单位 8 字节
TTL8bit生存时间,每经过一个路由器减 1
Protocol8bit上层协议($6=TCP, 17=UDP, 1=ICMP$)
Header Checksum16bit头部校验和(只校验头部)
Source / Dest IP32bit源 / 目的 IP 地址

重要字段详解

TTL(生存时间)

- 初始值由发送方设置(通常 64 或 128)
- 每经过一个路由器减 1
- 减到 0 时丢弃分组,发送 ICMP 超时报文
- 防止分组在网络中无限循环

Flags(分片标志)

DFMF含义
00最后一个分片(或未分片)
01还有更多分片
10不允许分片(未分片)
11不允许分片(不应出现)

分片计算 ⭐

MTU = 1500 字节(以太网),IP头 = 20 字节
最大数据 = 1500 - 20 = 1480 字节(1480 是 8 的倍数)
分片偏移单位 = 8 字节 → 1480/8 = 185

例:4000 字节数据分片:
分片1: 数据 0-1479     偏移=0    MF=1
分片2: 数据 1480-2959   偏移=185  MF=1
分片3: 数据 2960-3999   偏移=370  MF=0
每个分片都有自己的 IP 头(20 字节)
要点分片是网络层功能,重组只在目的端进行;每个分片都带完整 IP 头。

首部校验和

计算方法:
1. 将校验和字段置 0
2. 将头部每 16 位一组求和(反码加法)
3. 结果取反码

只校验头部,不校验数据
每经过一个路由器都要重新计算(因为 TTL 变化)

常见考法

题型分布字段含义、分片计算、TTL 作用、首部校验和、协议字段值是高频点。
考点说明
IP 头字段含义名称、长度、作用
分片计算已知 MTU 和数据大小,计算分片
TTL 的作用防止无限循环
协议字段$6=TCP, 17=UDP, 1=ICMP$

易错点

必记
  • IHL 单位是 4 字节,最小 5(20 字节),不是 5 字节。
  • 分片偏移单位是 8 字节,不是 1 字节。
  • 总长度字段最大 65535 字节(16 位)。
  • 首部校验和只校验头部,每跳重新计算。
  • 每个分片都有完整 IP 头,不只是第一个。

核心结论

  1. IP 头最小 20 字节,最大 60 字节(含选项)。
  2. 分片是网络层功能,重组只在目的端进行。
  3. TTL 防止分组无限循环,每跳减 1。
  4. 分片计算是 408 高频考点。

记忆卡片

IP 头最小多大?
20 字节($IHL=5$,$5\times4=20$)。
分片偏移的单位?
8 字节(Fragment Offset 值 $\times 8$ = 实际偏移字节)。
TTL 的作用?
防分组无限循环,每经过一个路由器减 1,到 0 则丢弃。
分片在哪里重组?
只在目的端重组,中间路由器不重组。

交互动画 · IP 头字段速览

Ver / IHL Total Length ID / Flags / Offset TTL / Protocol Source / Dest IP 点击字段查看要点
IPv4 首部共 20 字节(不含选项),每行 32 位
重点掌握:IHL 单位 4 字节、TTL 每跳减 1、分片偏移单位 8 字节

相关知识点

ipv4-address-classification subnetting-and-cidr icmp-protocol

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