Net:IPv4

Pv4在IETF于1981年9月发布的 RFC 791 中被描述，此RFC替换了于1980年1月发布的 RFC 760。

IPv4是一种无连接的协议，操作在使用分组交换的链路层（如以太网）上。此协议会尽最大努力交付数据包，意即它不保证任何数据包均能送达目的地，也不保证所有数据包均按照正确的顺序无重复地到达。这些方面是由上层的传输协议（如传输控制协议）处理的。

地址空间

• A类：0.0.0.0~127.255.255.255
• B类：128.0.0.0~191.255.255.255
• C类：192.0.0.0~223.255.255.255
• D类：224.0.0.0~239.255.255.255
• E类：240.0.0.0~255.255.255.255

报文结构

• 版本: IPv4即为4
• 首部长度: 首部长度说明首部有多少32位字（4字节）。由于IPv4首部可能包含数目不定的选项，这个字段也用来确定数据的偏移量。这个字段的最小值是5（二进制0101），相当于5*4=20字节（RFC 791），最大十进制值是15。
• 区分服务: 只有在使用区分服务时，这个字段才起作用，在一般的情况 下都不使用这个字段。例如需要实时数据流的技术会应用这个字段，一个例子是VoIP。
• 显式拥塞通告（ Explicit Congestion Notification，ECN）:在RFC 3168中定义，允许在不丢弃报文的同时通知对方网络拥塞的发生。ECN是一种可选的功能，仅当两端都支持并希望使用，且底层网络支持时才被使用。
• 全长: 报文总长，包含首部和数据，单位为字节。这个字段的最小值是20（20字节首部+0字节数据）
• 标识符: 主要被用来唯一地标识一个报文的所有分片，因为分片不一定按序到达，所以在重组时需要知道分片所属的报文。每产生一个数据报，计数器加1，并赋值给此字段。
• 标志 : 这个3位字段用于控制和识别分片，它们是：
  • 位0：保留，必须为0；
  • 位1：禁止分片（Don’t Fragment，DF），当DF=0时才允许分片；
  • 位2：更多分片（More Fragment，MF），MF=1代表后面还有分片，MF=0 代表已经是最后一个分片。
• 分片偏移:指明了每个分片相对于原始报文开头的偏移量，以8字节作单位。
• 存活时间: 避免报文在互联网中永远存在（例如陷入路由环路）。存活时间以秒为单位，但小于一秒的时间均向上取整到一秒。在现实中，这实际上成了一个跳数计数器：报文经过的每个路由器都将此字段减1，当此字段等于0时，报文不再向下一跳传送并被丢弃，最大值是255。常规地，一份ICMP报文被发回报文发送端说明其发送的报文已被丢弃。这也是traceroute的核心原理。
• 协议: 定义了该报文数据区使用的协议。
• 首部检验和: 只对首部查错，不包括数据部分。重新计算的必要性是因为每一跳的一些首部字段（如TTL、Flag、Offset等）都有可能发生变化，不检查数据部分是为了减少工作量。
• 源地址: 请注意，因为NAT的存在，这个地址并不总是报文的真实发送端
• 目的地址: 报文的接收端。
• 选项: 并不被经常使用

分片和组装

互联网协议（IP）是整个互联网架构的基础，可以支持不同的物理层网络，即IP层独立于链路层传输技术。不同的链路层不仅在传输速度上有差异，还在帧结构和大小上有所不同，不同MTU参数描述了数据帧的大小。为了实现IP数据包能够使用不同的链路层技术，需要将IP数据包变成适合链路层的数据格式，IP报文的分片即是IP数据包为了满足链路层的数据大小而进行的分割。

分片

当设备收到IP报文时，分析其目的地址并决定要在哪个链路上发送它。MTU决定了数据载荷的最大长度，如IP报文长度比MTU大，则IP数据包必须进行分片。每一片的长度都小于等于MTU减去IP首部长度。接下来每一片均被放到独立的IP报文中，并进行如下修改：

• 总长字段被修改为此分片的长度；
• 更多分片（MF）标志被设置，除了最后一片；
• 分片偏移量字段被调整为合适的值；
• 首部检验和被重新计算。

组装

当一个接收者发现IP报文的下列项目之一为真时：

• DF标志为0；
• 分片偏移量字段不为0。
• 它便知道这个报文已被分片，并随即将数据、标识符字段、分片偏移量和更多分片标志一起储存起来。

当接受者收到了更多分片标志未被设置的分片时，它便知道原始数据载荷的总长。一旦它收齐了所有的分片，它便可以将所有片按照正确的顺序（通过分片偏移量）组装起来，并交给上层协议栈。