IP首部

1. 引言

IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输，但是IP提供不可靠、无连接的数据报传送服务。
不可靠的意思是它不能保证IP数据报嫩成功地到达目的地。IP仅提供最好的传输服务。如果发生某种错误时，如某个路由器暂时用完了缓冲区，IP有一个简单的错误处理算法：丢弃该数据报，然后发送ICMP消息报给信源端。任何要求的可靠性必须由上层来提供（如TCP）。
无连接的意思是IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息。每个数据报的处理是相互独立的。这也说明，IP数据报可以不按发送顺序接收。如果一信源向相同的信宿发送两个连续的数据报（先是A，然后是B），每个数据报都是独立地进行路由选择，可能选择不同的路线，因此B可能在A达到之前先到达。

2. IP首部

IP数据报的格式如下，普通IP首部长为20个字节，除非含有选项字段：

 

上图中，最高位在左边，记为0bit；最低位在右边，记为31bit。
4个字节的32bit值以下面的次序传输：首先0~7bit，其次8~15bit，然后16~23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作big endian字节序。
由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称为忘了字节序。以其他形式存储二进制整数的机器，如little endian格式，则必须在传输数据之前把首部转换成网络字节序。
（1）4位版本：目前的协议版本号是4.
（2）4位首部长度：首部占32bit字的数目，包括任何选项，由于它是一个4比特字段，因此首部最长为60个字节。
（3）8位服务类型(TOS)：包括一个3bit的优先权子字段，4bit的TOS子字段，1bit未用位但必须置0。4bit的TOS分别代表：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用，4bit中同时只能置其中1bit为1,。如果所有4bit均为0，那就意味着是一般服务。
（4）16位总长度：指整个IP数据报的长度，以字节为单位。利用首部长度字段和总长度字段，就可以知道IP数据报中数据内容的起始位置和长度。由于该字段长16比特，所以IP数据包最长可达65535字节，当数据报被分片时，该字段的值也随着变化。
（5）16位标识：唯一标识主机发送的每一份数据报，通常每发送一份报文它的值就会加1。
（6）3位标志
（7）13位片偏移
（8）8位生存时间：TTL设置了数据报可以经过的最多路由器数，它指定了数据报的生存时间。TTL的初始值由源主机设置（通常为32或64），一旦经过一个处理它的路由器，它的值就减去1.当该字段的值为0时，数据报就被丢弃，并发送ICMP报文通知源主机。
（9）8位协议：识别是哪个协议向IP传送数据。
（10）16位首部检验和：根据IP首部的计算的检验和码。不对首部后面的数据进行计算，ICMP、IGMP、UDP和TCP在它们各自的首部中均含有同时覆盖首部和数据检验和码。如果检验和错误，IP就丢弃收到的数据报，但不生成差错报文，由上层去发现丢弃的数据报并进行重传。
（11）32位源IP地址
（12）32位目的IP地址
（13）选项：可变长的可选信息，选项字段都是以32bit作为界限，在必要的时候插入值位0的填充字节。这样就保证IP首部始终是32bit的整数倍（这是首部长度字段所要求的）。
（14）数据