ip数据报考研

IP数据报的核心考点p

1. 首部结构(必考)

IPv4首部固定为20字节(无选项),关键字段如下表:

字段 长度(位) 作用与考点
版本 4 标识IPv4或IPv6(考试中可能要求区分首部差异)。
首部长度 4 以4字节为单位,最小值为5(20字节)。若选项字段存在,需计算总长度。
总长度 16 数据报最大长度65535字节,若超过MTU则需分片。
标识 16 同一数据报分片后标识相同,用于重组。
标志(MF/DF) 3 DF=1时禁止分片 (若MTU不足则丢弃);MF=1表示还有后续分片
片偏移 13 以8字节为单位,指示分片在原始数据中的位置。
TTL 8 每经过一台路由器减1,归零则丢弃(常用于Traceroute原理题)。
协议 8 标识上层协议(如TCP=6,UDP=17,ICMP=1)。
首部校验和 16 仅校验首部(IPv6取消此字段,依赖上层协议校验)。

常见题型

  • 计算题 :给定首部长度字段值(如0x5),求首部字节数(答案:5×4=20字节)。

  • 分片参数计算(见下文)。


2. 分片与重组(高频计算题)

分片规则

  • 数据报长度超过MTU时需分片。

  • 每个分片的首部长度与原数据报相同(20字节),分片数据部分长度需满足:
    分片数据长度 ≤ MTU - 20 ,且必须是8的倍数(片偏移单位)。

分片参数计算步骤

  1. 计算数据部分最大可传输长度MaxData = MTU - 20,且向下取8的倍数。

  2. 确定分片数量分片数 = ceil(原数据长度 / MaxData)

  3. 分配各分片参数

    • 片偏移:前一分片偏移 + 前一分片数据长度/8。

    • MF位:除最后一片外,其余分片MF=1。

例题

原始数据报总长度3800字节(首部20字节,数据3780字节),MTU=1420字节,求分片参数。
解答

  • 每分片数据最大长度 = 1420 - 20 = 1400字节(需为8的倍数,1400是8的倍数)。

  • 分片数 = ceil(3780/1400) = 3片。

  • 分片1:数据1400字节,片偏移0,MF=1。

  • 分片2:数据1400字节,片偏移1400/8=175,MF=1。

  • 分片3:数据3780-1400×2=980字节,片偏移175+1400/8=175+175=350,MF=0。


3. IPv4与IPv6对比(简答题高频)
对比项 IPv4 IPv6
首部长度 可变(20字节+选项) 固定40字节,无选项字段
分片主体 路由器和源主机均可分片 仅源主机分片,路由器不分片
校验和 首部校验和 取消首部校验和,依赖上层协议(如TCP/UDP)
地址长度 32位 128位
扩展功能 选项字段(如路由记录) 通过扩展首部实现(如分片、路由)

考点

  • 为何IPv6取消首部校验和

    答:提高路由器处理效率,且上层协议(如TCP/UDP)已有校验机制。

  • 为何IPv6分片仅由源主机完成

    答:减少路由器负担,鼓励使用路径MTU发现(PMTUD)避免分片。


4. 校验和计算(可能考步骤)

IPv4首部校验和计算步骤:

  1. 置零:将校验和字段置为0。

  2. 按16位分组:将首部所有字段按16位分割,若长度为奇数,补0。

  3. 求和:将所有16位数值相加(溢出部分回卷,即加到结果中)。

  4. 取反码:将求和结果取反,填入校验和字段。

:校验和仅覆盖首部,不包含数据部分。


二、真题演练与解题思路

1. 分片计算题(2019年真题改编)

某IP数据报总长度为4000字节(首部20字节),MTU=1500字节,求分片参数。
解题步骤

  • 数据部分长度 = 4000 - 20 = 3980字节。

  • 每分片数据最大长度 = 1500 - 20 = 1480字节(需为8的倍数,1480 ÷8=185,无余数)。

  • 分片数 = ceil(3980 / 1480) = 3片。

  • 分片1:数据1480,片偏移0,MF=1。

  • 分片2:数据1480,片偏移1480/8=185,MF=1。

  • 分片3:数据3980-1480×2=1020字节,片偏移185+185=370,MF=0。


2. 简答题:IPv4分片与重组过程(2021年真题)

问题 :简述IP数据报分片与重组过程,并说明为何重组在目的端进行。

  • 分片:当数据报长度超过MTU时,路由器或源主机将其分割为多个分片,每个分片独立传输,首部中标识相同,MF和片偏移标记分片位置。

  • 重组:由目的主机完成,通过标识字段匹配同一数据报的分片,按片偏移和MF位排序重组。

  • 重组在目的端的原因:中间路由器可能选择不同路径,分片到达顺序不确定,且路由器需高效转发,避免存储重组开销。


三、易错点与复习建议

  1. 单位混淆

    • 首部长度单位是4字节 ,片偏移单位是8字节

    • 总长度单位是1字节

  2. 分片数据长度计算

    • 分片数据长度需同时满足≤ MTU-20是8的倍数
  3. IPv6特性

    • 分片仅由源主机完成,首部无校验和,扩展首部代替选项字段。
  4. TTL与ICMP

    • TTL归零时,路由器发送ICMP超时错误(类型11)。

复习建议

  • 熟记IPv4首部各字段长度与作用。

  • 掌握分片计算题步骤(建议手算3~5道例题)。

  • 理解IPv6改进的设计思想(如取消校验和、固定首部长度)。


通过系统梳理IP数据报的核心考点与真题解析,考生可高效备考,重点关注分片计算、IPv4/v6对比及校验和机制!

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