IP首部结构
IPv4首部一般是20字节长。在以太网帧中，IPv4包首部紧跟着以太网帧首部，同时以太网帧首部中的协议类型值设置为080016。 IPv4提供不同，大部分是很少用的选项，使得IPv4包首部最长可扩展到60字节(总是4个字节4个字节的扩展)
| 0 | 4 | 8 | 12 | 16 | 19 | 24 | 31 |
| 版本 | 首部长度 | 服务类型 | 长度 | ||||
| 认证 | 标志 | 段偏移量 | |||||
| TTL | 协议 | 校验和 | |||||
| 源IP地址 | |||||||
| 目的IP地址 | |||||||
| 选项 ... | |||||||
IP包头字段说明
版本：4位，指定IP协议的版本号。
包 头长度(IHL)：4位，IP协议包头的长度，指明IPv4协议包头长度的字节数包含多少个32位。由于IPv4的包头可能包含可变数量的可选 项，所以这个字段可以用来确定IPv4数据报中数据部分的偏移位置。IPv4包头的最小长度是20个字节，因此IHL这个字段的最小值用十进制表示就是5 (5x4 = 20字节)。就是说，它表示的是包头的总字节数是4字节的倍数。
服务类型：定义IP协议包的处理方法，它包含如下子字段
过程字段：3位，设置了数据包的重要性，取值越大数据越重要，取值范围为：0（正常）~ 7（网络控制）
延迟字段：1位，取值：0（正常）、1（期特低的延迟）
流量字段：1位，取值：0（正常）、1（期特高的流量）
可靠性字段：1位，取值：0（正常）、1（期特高的可靠性）
成本字段：1位，取值：0（正常）、1（期特最小成本）
未使用：1位
长度：IP包的总长
认证：
标志：是一个3位的控制字段，包含：
保留位：1位
不分段位：1位，取值：0（允许数据报分段）、1（数据报不能分段）
更多段位：1位，取值：0（数据包后面没有包，该包为最后的包）、1（数据包后面有更多的包）
段偏移量：当数据分组时，它和更多段位（MF, More fragments）进行连接，帮助目的主机将分段的包组合。
TTL：表示数据包在网络上生存多久，每通过一个路由器该值减一，为0时将被路由器丢弃。
协议：8位，这个字段定义了IP数据报的数据部分使用的协议类型。常用的协议及其十进制数值包括ICMP(1)、TCP(6)、UDP(17)。
校验和：16位，是IPv4数据报包头的校验和。
源IP地址：
目的IP地址：
选项（IP Options）：本书不讨论。
填充（Padding）：当IP报文头长度不是32比特的整数倍时，填充0来凑齐32比特整数倍，没有实际意义。
数据（Data）：来自第4层的数据段。
IPv4的头部结构如图2-1所示。其长度通常为20字节，除非含有可变长的选项部分。
4位版本号（version）指定IP协议的版本。对IPv4来说，其值是4。其他IPv4协议的扩展版本（如SIP协议和PIP协议），则具有不同的版本号（它们的头部结构也和图2-1不同）。
4位头部长度（header length）标识该IP头部有多少个32bit字（4字节）。因为4位最大能表示15，所以IP头部最长是60字节。
8位服务类型（Type Of Service，TOS）包括一个3位的优先权字段（现在已经被忽略），4位的TOS字段和1位保留字段（必须置0）。4位的TOS字段分别表示：最小延 时，最大吞吐量，最高可靠性和最小费用。其中最多有一个能置为1，应用程序应该根据实际需要来设置它。比如像ssh和telnet这样的登录程序需要的是 最小延时的服务，而文件传输程序ftp则需要最大吞吐量的服务。
16位总长度（total length）是指整个IP数据报的长度，以字节为单位，因此IP数据报的最大长度为65535（216-1）字节。但由于MTU的限制，长度超过MTU 的数据报都将被分片传输，所以实际传输的IP数据报（或分片）的长度都远远没有达到最大值。接下来的3个字段则描述了如何实现分片。
16位标识（identification）唯一地标识主机发送的每一个数据报。其初始值由系统随机生成；每发送一个数据报，其值就加1。该值在数据报分片时被复制到每个分片中，因此同一个数据报的所有分片都具有相同的标识值。
3位标志字段的第一位保留。第二位（Don’t Fragment，DF）表示“禁止分片”。如果设置了这个位，IP模块将不对数据报进行分片。在这种情况下，如果IP数据报长度超过MTU的话，IP模 块将丢弃该数据报并返回一个ICMP差错报文。第三位（More Fragment，MF）表示“更多分片”。除了数据报的最后一个分片外，其他分片都要把它置1。
13位分片偏移（fragmentation offset）是分片相对原始IP数据报开始处（仅指数据部分）的偏移。实际的偏移值是该值左移3位（乘8）后得到的。由于这个原因，除了最后一个IP分 片外，每个IP分片的数据部分的长度必须是8的整数倍（这样才能保证后面的IP分片拥有一个合适的偏移值）。
8位生存时间（Time To Live，TTL）是数据报到达目的地之前允许经过的路由器跳数。TTL值被发送端设置（常见的值是64）。数据报在转发过程中每经过一个路由，该值就被路由器减1。当TTL值减为0时，路由器将丢弃数据报，并向源端发送一个ICMP差错报文。TTL值可以防止数据报陷入路由循环。
8位协议（protocol）用来区分上层协议，我们在第1章讨论过。/etc/protocols文件定义了所有上层协议对应的protocol 字段的数值。其中，ICMP是1，TCP是6，UDP是17。/etc/protocols文件是RFC 1700的一个子集。
16位头部校验和（header checksum）由发送端填充，接收端对其使用CRC算法以检验IP数据报头部（注意，仅检验头部）在传输过程中是否损坏。
32位的源端IP地址和目的端IP地址用来标识数据报的发送端和接收端。一般情况下，这两个地址在整个数据报的传递过程中保持不变，而不论它中间经过多少个中转路由器。关于这一点，我们将在第4章进一步讨论。
IPv4最后一个选项字段（option）是可变长的可选信息。这部分最多包含40字节，因为IP头部最长是60字节（其中还包含前面讨论的20字节的固定部分）。可用的IP选项包括：
记录路由（record route），告诉数据报途经的所有路由器都将自己的IP地址填入IP头部的选项部分，这样我们就可以跟踪数据报的传递路径。
时间戳（timestamp），告诉每个路由器都将数据报被转发的时间（或时间与IP地址对）填入IP头部的选项部分，这样就可以测量途经路由之间数据报传输的时间。
松散源路由选择（loose source routing），指定一个路由器IP地址列表，数据报发送过程中必须经过其中所有的路由器。
严格源路由选择（strict source routing），和松散源路由选择类似，不过数据报只能经过被指定的路由器。
关于IP头部选项字段更详细的信息，请参考IP协议的标准文档RFC 791。不过这些选项字段很少被使用，使用松散源路由选择和严格源路由选择选项的例子大概仅有traceroute程序。此外，作为记录路由IP选项的替 代品，traceroute程序使用UDP报文和ICMP报文实现了更可靠的记录路由功能，详情请参考文档RFC 1393。
