IPV4报头及IP分片

IP协议是无连接，不可靠，无状态的。无连接就是指通讯时不能长久的维持对方信息，保持连接。不可靠就是不能保证数据准确的发送给接受方，可能会丢失，变错，截断等。无状态就是指发送的数据可能是乱序的重复的。
至于为什么IP协议的特性是这样的。为什么TCP协议又是有连接的，可靠的，无状态的。那就得从控制协议的报头段来分析原因了。不同的协议，不同的报头，因此表现出来的特性也是区别很大的。

IPv4的报头示意图是这样的。 

4位版本号：IP协议的版本，ipv4就值为4
4位头部长度：指这个报头一共有多少个字节，其中1个数表示4字节4位能表示到15，因此报头最多4*15=60个字节
8位服务类型：其中3位表示优先权字段，现在已经忽略。  然后4位为TOS字段，这四位互斥，只能一位取1，分别表示最小延迟，最大吞吐量，最高可靠性和最小消费。然后还有1位保留，必须为0；16位总长度：指整个ip数据报即报头+数据的大小。其中一个数表示一个字节。由于ip所在网络层 的 下一层链路层封装为帧，而帧的最大传输单元(MTU)的上限为1500个字节(这里都用以太网的帧举例)。




因此这个2^16个字节的长度就远远超过了它下层的限制，所以ip数据报如果超过1500个字节，会被分片传输。这就会有一个问题，如果ip数据报的大小为1501，那么就会被分为2片。一个片的数据为1500字节，另一片的数据为1字节，后者显然很不划算16位标识：标识了每个发送的数据报，初值是随机的，之后每发一个数据报值+1。
3位标识字段：第一位保留第二位表示是否禁止下层链路层把ip封装成帧的时候使用分片机制，如果这个设置了，那么ip数据报就不会分片，如果ip数据报超过1500字节(以太网是1500，其他的不一定)，那么这个ip数据报就被丢弃，返回差错报文。第三位表示 此ip数据报是否有 更多的数据报分片。Ip分片什么意思呢？就是比如我们原本打算发的数据报为4000个字节，由于mtu的1500字节的限制，会被分割，如图所示。



因此我们要把这个数据报拆分为3个数据报才能正常发送。前两个数据报①② 的标识字段的第三位都是1，表示后面还有分片，最后一个数据报③是0，表示是分片的尾巴。因此这位标识字段和前面的16位标识共同作用下，就可以把 被分片成很多ip数据报们 还原成原始的很大的（超过1500字节）的ip数据报
13位片偏移表示的是这个数据报相对于分片前的数据报的偏移位置。这个由于是13位，为啥不是16？因为有3位被标识字段占了。因此表示的是实际偏移的1/8，也就是说这个偏移乘以8 (即2^3，占得那3位) 才是真正的偏移，拿上图的距离。第一个数据报①就是分片前数据报的初始位置，因此没有偏移是0第二个数据报②是分片前的第1440个字节的位置，但这个值要除以8，因此为180。第三个数据报③是分片前 第2880个字节的位置，因此偏移为360。
因此ip数据报的数据部分（不算报头那60个字节）的大小应该是8的倍数，否则到时候会无法整除的，1440就是180的8倍，如果报头没有选项部分，即40个字节，则数据部分的大小不能取1460个字节，应该取1456个字节。

8位生存时间：就是路由器的跳数，能转几次路由器，这样主要是为了防止ip数据报一直无限在路由器间循环跳转，影响整个网络环境。一般设为64，经过一次路由器就减一，直到为0，这个ip数据报就被路由器处决了。
8位协议表示的是上层使用什么协议。TCP 为6，UDP为17 ，ICMP为1
16位校验和，接受ip数据报的端检测这个ip数据报的头部是否损坏。
32位源端ip地址和32位目的端ip地址 意思显而易见，不解释！
最后为40个字节的选项

因此我们可以大概了解IP协议的特性了。IP协议不可靠，即不保证数据正确的传输。其主要原因还是没有检测数据是否损坏的步骤，16位校验和也仅仅检查的是ip数据报的报头是否损坏。无状态是由于数据报式的服务并没有控制接受顺序的步骤，16位标识只是为了ip分片相关的。无状态虽然让数据可能乱序重复，但换来的却是高效和简洁，没有那么多的控制选项，传送速率来说也是相对较快。