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4.3--入门知识扫盲，IPv4的头部报文解析，数据报分片，地址分类（包你看一遍全部记住）

news 来源：原创 2025/8/8 12:28:03

IPv4协议：网络世界的快递包裹指南（附拆箱说明书）

“IPv4就像一张明信片，既要写清楚地址，又要控制大小别超重” —— 某网络工程师的桌面铭牌

一、IPv4报头：快递面单的终极艺术

1.1 报头结构图（吃货简化版）

在这里插入图片描述
这里我们的第二排是负责报文切片，这个在后面会有详细的概述

1.2 报头字段详解（快递员版）

字段名	长度	江湖作用	现实比喻
Version (版本)	4bit	声明是IPv4还是IPv6	快递公司LOGO
IHL (头部长度)	4bit	报头长度（单位4字节）	面单用了多少张便利贴
ToS (服务类型)	8bit	快递加急/普通	选择顺丰还是邮政
Total Length	16bit	整个包裹大小（最大65535字节）	包裹重量不超过电梯承载
Identification	16bit	分片身份证号	快递单号
Flags (标志位)	3bit	DF(别切)/MF(还有分片)	"易碎勿压"标签
Fragment Offset	13bit	分片偏移量（单位8字节）	拼图的位置编号
TTL (生存时间)	8bit	最多经过多少路由器	快递员体力值
Protocol (协议)	8bit	上层协议类型（TCP=6,UDP=17）	包裹里是文件还是生鲜
Header Checksum	16bit	头部校验和	面单防伪码
Source IP	32bit	发件人地址	你的淘宝收货地址
Destination IP	32bit	收件人地址	女朋友家的地址

二、IP分片：当包裹太大时的骚操作

2.1 分片原理（切蛋糕流程）

graph TDA[原始数据包1500字节] --> B{MTU=500的路由器}B --> C[切！]C --> D[分片1: 500字节]C --> E[分片2: 500字节]C --> F[分片3: 500字节]D --> G((MF=1, Offset=0))E --> H((MF=1, Offset=62))F --> I((MF=0, Offset=124))

分片计算小课堂：

原始数据包：1500字节
MTU限制：500字节
每个分片数据量 = MTU - IP头(20) = 480字节
实际分片数：ceil(1500/480)=4片 （这里示例简化为3片）
偏移量计算：480/8=60 → 实际偏移量需要按8字节对齐

2.2 分片重组规则

同一身份证：Identification字段相同
偏移量连续：Offset字段形成序列
最后一片：MF标志位为0
超时机制：重组等待时间通常30秒

（段子：某黑客伪造分片导致服务器内存溢出，堪称"分片炸弹"）

三、IP地址分类：网络世界的房地产

3.1 传统分类法（小区户型图）

类别	地址范围	默认掩码	现实比喻	私有地址段
A类	1.0.0.0 - 126.255.255.255	255.0.0.0	豪华别墅区	10.0.0.0/8
B类	128.0.0.0 - 191.255.255.255	255.255.0.0	高端小区	172.16.0.0/12
C类	192.0.0.0 - 223.255.255.255	255.255.255.0	普通公寓	192.168.0.0/16
D类	224.0.0.0 - 239.255.255.255	组播专用	小区广播站	无
E类	240.0.0.0 - 255.255.255.255	保留未使用	未开发地块	无

3.2 CIDR表示法（现代精装公寓）

传统分类：192.168.1.0/24 → 255.255.255.0
CIDR表示：192.168.1.0/26 → 可划分4个子网（每个子网62主机）

子网划分实例：

原始网络：192.168.1.0/24
切成四个子网：
• 192.168.1.0/26 (1-62)
• 192.168.1.64/26 (65-126)
• 192.168.1.128/26 (129-190)
• 192.168.1.192/26 (193-254)

（灵魂配图建议：用俄罗斯套娃表示子网划分）

四、专业知识点总结

4.1 IPv4头部关键字段

TTL机制：每经过一个路由器减1，防止数据包无限循环
分片限制：DF=1时禁止分片，常用于路径MTU发现
协议字段对照表：
- 1 → ICMP (网络诊断)
- 6 → TCP (可靠传输)
- 17 → UDP (快速传输)
- 89 → OSPF (路由协议)

4.2 IP地址发展史

分类寻址：1981年RFC791定义
子网划分：1985年RFC950引入
CIDR时代：1993年RFC1519终结分类时代
NAT技术：缓解IPv4地址枯竭的续命丹

4.3 分片注意事项

性能影响：分片增加路由器处理负担
安全风险：分片可用于规避防火墙检测
重组漏洞：早期系统存在分片缓冲区溢出风险

五、灵魂问答：为什么需要IP分片？

Q：为什么不直接拒绝大包？
A：就像快递站不能拒收大件，但可以拆分运输Q：分片有什么缺点？
A：1. 丢失任意分片导致整个数据包失效2. 增加网络设备处理负担3. 安全隐患（分片攻击）Q：如何避免分片？
A：使用Path MTU Discovery技术，找到路径最小MTU

“IPv4就像乐高积木，拆开容易组装难” ——《网络工程从入门到改行》

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