IP報文格式詳解

一、IP報文格式概述

互聯網協議（IP）是實現互聯網通信的基礎協議之一，它定義了如何在網路中傳輸數據。IP報文是在TCP、UDP等協議之上的數據單元，也是網路層的數據單元。一個IP報文的基本格式如下：

 0               1               2               3   
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version|  IHL  |Type of Service|          Total Length         |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|         Identification        |Flags|      Fragment Offset    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|  Time to Live |    Protocol   |         Header Checksum       |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                      Source Address                           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                   Destination Address                         |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|               Options (if IHL > 5 and Total Length > 20)       |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                           Data                                |
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下面我們將從各個方面對IP報文格式做詳細的闡述。

二、IP報文格式解析

1. 版本欄位

版本欄位的作用是標識IP協議的版本。目前有IPv4和IPv6兩個版本，IPv4的版本號為4，IPv6的版本號為6。

2. IHL欄位

Internet頭部長度（IHL）指的是IP頭部的長度，以4位元組為單位。這個欄位的最小值為5，最大值為15。IHL乘以4就是IP頭部的位元組數，最小值為20位元組，最大值為60位元組。

3. Type of Service欄位

服務類型（Type of Service，TOS）欄位用來對IP報文進行分類和處理。TOS欄位包含3個子欄位：優先方式（Precedence）、延遲（Delay）、吞吐量（Throughput）和可靠性（Reliability）。

4. Total Length欄位

總長度欄位指的是整個IP報文的長度，包括頭部以及數據部分，以位元組為單位。最大值為65535位元組。

5. Identification、Flags、Fragment Offset欄位

IP協議的分片機制是將一個大的IP報文分成若干個小的IP報文，然後分別發送。Identification欄位記錄了原始IP報文的標識，Flags欄位代表分片後的IP報文，Fragment Offset欄位表示當前分片的偏移量。

6. TTL欄位

TTL(Time to Live)欄位用來限制IP數據包轉發的最大次數，一般情況下初始值為64或者128。這個欄位是為了防止數據包在網路中陷入無限循環。

7. Protocol欄位

協議欄位代表著IP報文頭部的協議類型，如TCP、UDP等。協議欄位在傳送層旁邊，表示傳送層要使用的協議類型。

8. Header Checksum欄位

頭部檢驗和欄位是一個16位的校驗和欄位，用來檢測IP報文頭部的數據是否出錯，一般情況下都是由系統自動計算的。

9. Source Address、Destination Address欄位

源地址和目標地址是指分別向數據包發送者和接收者的IP地址，也就是發送端和接收端的IP地址。

10. Options欄位

選項欄位是可選的，用來填充IP頭部的額外參數。例如，某些選項可以用來指示嚴格的源路由和時間戳。

三、IP報文格式示例代碼

struct iphdr {
#if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
    __u8    ihl:4,
        version:4;
#elif defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
    __u8    version:4,
        ihl:4;
#else
#error  "Please fix "
#endif
    __u8    tos;
    __u16   tot_len;
    __u16   id;
    __u16   frag_off;
    __u8    ttl;
    __u8    protocol;
    __u16   check;
    __u32   saddr;
    __u32   daddr;
    /*The options start here. */
};

四、總結

IP協議是互聯網通信的基礎協議之一，IP報文是網路層的數據單元。一個IP報文的基本格式包括版本、IHL、Type of Service、Total Length、Identification、Flags、Fragment Offset、TTL、Protocol、Header Checksum、Source Address、Destination Address和Options欄位。我們需要了解IP報文格式的各個欄位來正確處理網路數據。