通信工程师考试培训互联网技术TCP/IP[2]

总长度字段是指整个IP数据报的长度，以字节（Byte）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16bit,所以IP数据报最长可达65535Byte.当数据报被分片时，该字段的值也随着变化。

尽管可以传送一个长达65535Byte的IP数据报，但是大多数的数据链路层都会对它进行分片。由于TCP把用户数据分成若干片，因此一般来说这个限制不会影响TCP.很多使用UDP的应用（如RIP,TFTP,BOOTP,DNS以及SNMP），它们都限制用户数据报长度为512Byte,小于576Byte。但是，琪实上现在大多数的实现（特别是那些支持网络文件系统NFS的实现）允许超过8192Byte的IP数据报。

总长度字段是IP首部中必要的内容，因为一些数据链路（如以太网）需要填充一些数据以达到最小长度。尽管以太网的最小帧长为46Byte,但是1P数据报可能会更短。如果没有总长度字段，那么IP层就不知道46Byte中有多少是IP数据报的内容。

标识字段地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.该字段用于IP分组的分片和重组。同样，标志字段和片偏移字段也是用于IP分组的分片和重组。

RFC791IPostel1981a]认为标识字段应该由让IP发送数据报的上层来选择。假设有两个连续的IP数据报，其中一个是由TCP生成的，而另一个是由UDP生成的，那么它们可能具有相同的标识字段。尽管这也可以正常工作（由重组算法来处理），但是在大多数从伯克利派生出来的系统中，每发送一个IP数据报，IP层都要把一个内核变量的值加1，不管交给IP的数据来自哪一层。内核变童的初始值根据系统引导时的时间来设置。

TTL（Time-To-Live）生存时间字段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。

协议字段被IP用来对数据报进行分用，根据它可以识别是哪个协议向IP传送数据。

首部检验和字段是根据IP首部计算的检验和码。它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的检验和码。

为了计算一份数据报的IP检验和，首先把检验和字段置为0.然后，对首部中每个16bit进行二进制反码求和（整个首部看成由一串16bit的字组成），结果存在检验和字段中。当收到一份IP数据报后，同样对首部中每个16bit进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全1。如果结果不是全1（即检验和错误），那么IP就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文，由上层发现丢失的数据报并进行重传。

ICMP,IGMP、UDP和TCP都采用相同的检验和算法，尽管TCP和UDP除了本身的首部和数据外，在IP首部中还包含不同的字段。在RFC1071[Braden,BormanandPatridge1988]中有关于如何计算Internet检验和的实现技术。由于路由器经常只修改TTL字段（减1），因此当路由器转发一份报文时可以增加它的检验和，而不需要对IP整个首部进行重新计算。RFC1141[MalloryandKullbei1990]为此给出了一个很有效的方法。

每一份IP数据报都包含源IP地址和目的IP地址。

最后一个字段是任选项，是数据报中的一个可变长度的可选信息。目前，这些任选项定义如下：

安全和处理限制（用于军事领域，详细内容参见RFC1108[Kentl99IP:

记录路径（让每个路由器都记下它的IP地址）；

时间戳（让每个路由器都记下它的IP地址和时间）；宽松的源站选路（为数据报指定一系列必须经过的IP地址）；

严格的源站选路（与宽松的源站选路类似，但是要求只能经过指定的这些地址，不能经过其他地址），这些选项很少被使用，并非所有的主机和路由器都支持这些选项。

选项字段一直都是以32bit作为界限，在必要的时候插入值为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。

2.分段和重装

物理网络层一般要限制每次发送数据帧的最大长度。任何时候IP层接收到一份要发送的IP数据报时，都要判断向本地哪个接口发送数据（选路），并查询该接口获得其MTU.IP层把MTU与数据报长度进行比较，如果需要则进行分片。分片可以发生在原始发送端主机上，也可以发生在中间路由器上。

把一份IP数据报分片以后，只有到达目的地才进行重新组装，这里的重新组装与其他网络协议不同，它们要求在下一站就进行重新组装，而不是在最终的目的地。重新组装由目的端的IP层来完成，其目的是使分片和重新组装过程对运输层（如TCP和UDP）是透明的，除了某些可能的越级操作外。已经分片过的数据报有可能会再次进行分片（可能不止一次）。

IP首部中包含的数据为分片和重新组装提供了足够的信息。下面这些字段用于分片过程。对于发送端发送的每份IP数据报来说，其标识字段都包含一个值。该值在数据报分片时被复制到每个片中。标志字段用其中一个比特来表示“更多的片”。除了最后一片外，其他每个组成数据报的片都要把该比特置1.片偏移字段指的是该片偏移原始数据报开始处的位置。另外，当数据报被分片后，每个片的总长度值要改为该片的长度值。最后，标志字段中有一个比特称做“不分片”位。如果将此比特置1,IP将不对数据报进行分片。相反把数据报丢弃并发送一个ICMP差错报文（“需要进行分片但设置了不分片比特”）给起始端。

当IP数据报被分片后，每一片都成为一个分组，具有自己的IP首部，并在选择路由时与其他分组独立。这样，当数据报的这些片到达目的端时有可能会失序，但是在IP首部中有足够的信息让接收端能正确组装这些数据报片。

尽管IP分片过程看起来是透明的，但缺点是即使只丢失一片数据也要重传整个数据报。为什么会发生这种情况呢？因为IP层本身没有超时重传的机制--由更高层来负责超时和重传（TCP有超时和重传机制；但UDP没有，一些UDP应用程序本身也执行超时和重传）。当来自TCP报文段的某一片丢失后，TCP在超时后会重发整个TCP报文段，该报文段对应于一份IP数据报。没有办法只重传数据报中的一个数据报片。事实上，如果对数据报分片的是中间路由器，而不是起始端系统，那么起始端系统就无法知道数据报是如何被分片的。因此，经常要避免分片。

3.TCP

TCP是传输层的协议，它提供面向连接的可靠数据传输服务。它提供可靠服务的手段和数据链路层、网络层中面向连接服务在原则上是相同的，即给报文编号，收方回送应答，超时重发。但由于连接两端运输层实体的网络比较复杂，且有可能是多个不同网络互连而成，这就使TCP又有自己的特点，如下所述。

[1]  [2]  [3]