TCP/IP
协议定义了一个在因特网上传输的包，< xmlnamespace prefix ="o" ns ="urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
称为IP
数据报 (IP Datagram)
。这是一个与硬件无关的虚拟包，
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
数据报必须具有的。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。首都中的源地址和目的地址都是 IP
协议地址。
那么IP
数据报格式又是怎样要求的呢？
1. IP
数据报首部的固定部分中的各字段
①版本：占4
位，指IP
协议的版本。通信双方使用的
IP
协议版本必须一致。日前广泛使用的 IP
协议版本号为 4 (
即 IPv4)
。
IPv6
目前还处于起步阶段。
②首部长度：占 4
位，可表示的最大十进制数值是 15
。请注意，
这个字段所表示数的单位是32
位字 ( 1
个32
位字长是4
字节)
，
因此，当 IP
的首部长度为 1111
时 (
即十进制的 15)
，
首部长度就达到 60
字节。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。
因此数据部分永远在 4
字节的整数倍开始，
这样在实现 IP
协议时较为方便。
首部长度限制为 60
字节的缺点是有时可能不够用。
这样做的目的是希望用户尽量减少开销。
最常用的首部长度就是 20
字节 (
即首部长度为 0101)
，
这时不使用任何选项。
③服务：占 8
位，用来获得更好的服务。
这个字段在旧标准中叫做服务类型，但实际上一直没有被使用过。
1998
年IETF
把这个字段改名为区分服务 DS (DifferentiatedServices)
。
只有在使用区分服务时，这个字段才起作用。
④总长度：总长度指首都及数据之和的长度，单位为字节。
因为总长度字段为 16
位，所以数据报的最大长度为 216-1=65 535
字节。
在IP
层下面的每一种数据链路层都有自己的帧格式，其中包括帧格式中的数据字段的最大长度，即最大传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit)
。当一个数据报封装成链路层的帧时，此数据报的总长度 (
即首部加上数据部分)
一定不能超过下面的数据链路层的MTU
值。
⑤标识 (Identification)
：占 16
位。
IP
软件在存储器中维持一个计数器，每产生一个数据报，
计数器就加 1
，并将此值赋给标识字段。但这个“标识”并不是序号，
因为 IP
是无连接的服务，数据报不存在按序接收的问题。
当数据报由于长度超过网络的 MTU
而必须分片时，
这个标识字段的值就被复制到所有的数据报的标识字段中。
相同的标识字段的值使分片后的各数据报片最后能正确地重装成为
原来的数据报。
⑥标志 (Flag)
：占3
位，但目前只有2
位有意义。
标志字段中的最低位记为 MF (More Fragment)
。
MF=1
即表示后面“还有分片”的数据报。MF=0
表示这已是若干数据报片
中的最后一个。
标志字段中间的一位记为 DF(Don't Fragment)
，
意思是“不能分片”。只有当 DF=0
时才允许分片。
⑦片偏移：占 13
位。较长的分组在分片后，
某片在原分组中的相对位置。也就是说，相对用户数据字段的起点，
该片从何处开始。片偏移以 8
个字节为偏移单位。
这就是说，每个分片的长度一定是 8
字节 (64
位)
的整数倍。
⑧生存时间：占 8
位，生存时间字段常用的英文缩写是
TTL (Time To Live)
，其表明数据报在网络中的寿命。
由发出数据报的源点设置这个字段。
其目的是防止无法交付的数据报无限制地在因特网中兜围子，
因而白白消耗网络资源。最初的设计是以秒作为 TTL
的单位。
每经过一个路由器时，就把TTL
减去数据报在路由器消耗掉的一段时间。
若数据报在路由器消耗的时间小于 1
秒，就把TTL
值减 1
。
当 TTL
值为 0
时，就丢弃这个数据报。
⑨协议：占 8
位，协议字段指出此数据报携带的数据是使用何种协议，以便使目的主机的IP
层知道应将数据部分上交给哪个处理过程。
⑩首部检验和：占 16
位。这个字段只检验数据报的首部，
但不包括数据部分。这是因为数据报每经过一个路由器，都要重新计算一下首都检验和 (
一些字段，如生存时间、标志、片偏移等都可能发生变化)
。不检验数据部分可减少计算的工作量。
⑾源地址：占32
位。
⑿目的地址：占 32
位。
2. IP
数据报首部的可变部分
IP
首都的可变部分就是一个可选字段。选项字段用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。此字段的长度可变，从 1
个字节到40
个字节不等，取决于所选择的项目。某些选项只需要 1
个字节，它只包括 1
个字节的选项代码。但还有些选项需要多个字节，这些选项一个个拼接起来，中间不需要有分隔符，最后用全0
的填充字段补齐成为 4
字节的整数倍。
增加首都的可变部分是为了增加IP
数据报的功能，但这同时也使得 IP
数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。实际上这些选项很少被使用。新的 IPv6
就将 IP
数据报的首部长度做成固定的。
IP
数据包指的是第三层的PDU
****，
IP
****首部只是其中的一部分，是在第三层网络层上加上去的，是给路由器看的。
**
**
IP
****数据包的总长度过大，超过链路的最大MTU
****时，数据包就会被分成多片，
而在如今的IPv4
****的网络中，数据传输时不可靠的，是尽力而为的，
所以这些分片的数据单元到达对端的链路和时间都是不同的，
**
**
对端根据IP
****首部中的标示符（Identification
****）、标志（Flag
****）、段偏置值字段
重组数据包。
