知识点编号：027
难度等级：⭐⭐（了解）
面试频率：🔥🔥
🎯 一句话总结
IP报头就像信封，上面写着发件人、收件人、邮戳等信息！📮
📦 IPv4报头结构
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
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|版本(4)| 头长度(4)|服务类型(8)| 总长度(16) |
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| 标识(16) |标志(3)| 片偏移(13) |
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| TTL(8) | 协议(8) | 头部校验和(16) |
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| 源IP地址(32) |
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| 目标IP地址(32) |
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| 选项(可变长度) |
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| 数据 |
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最小长度：20字节
最大长度：60字节（包含选项）
🔍 字段详解
1. 版本（Version，4位）
值：4（IPv4）或 6（IPv6）
示例：
0100 = 4 (IPv4)
0110 = 6 (IPv6)
作用：区分IP版本
2. 头长度（Header Length，4位）
单位：4字节
范围：5-15（20-60字节）
计算：
值=5 → 5×4 = 20字节（最小）
值=15 → 15×4 = 60字节（最大）
示例：
0101 = 5 → 20字节头部
0110 = 6 → 24字节头部（有4字节选项）
3. 服务类型（Type of Service，8位）
已废弃，现用于：
- 3位：优先级
- 4位：服务类型（D-低延迟、T-高吞吐、R-高可靠、C-低成本）
- 1位：保留
现代：
用DSCP（Differentiated Services Code Point）
实现QoS（服务质量）
4. 总长度（Total Length，16位）
整个IP包的长度（头部+数据）
单位：字节
范围：20-65535字节
示例：
总长度 = 1500字节
头长度 = 20字节
数据长度 = 1500 - 20 = 1480字节
5. 标识（Identification，16位）
用于分片重组
同一个包的所有片有相同标识
示例：
原包：标识=12345
片1：标识=12345
片2：标识=12345
片3：标识=12345
接收方根据相同标识重组
6. 标志（Flags，3位）
bit 0：保留，必须为0
bit 1：DF（Don't Fragment）- 不分片
bit 2：MF（More Fragments）- 还有更多片
示例：
DF=1, MF=0：不允许分片
DF=0, MF=1：允许分片，且还有更多片
DF=0, MF=0：最后一片或没分片
7. 片偏移（Fragment Offset，13位）
单位：8字节
表示该片在原包中的位置
示例：
片1：偏移=0（0字节）
片2：偏移=185（185×8=1480字节）
片3：偏移=370（370×8=2960字节）
8. TTL（Time To Live，8位）
生存时间，每跳减1
范围：0-255
常见值：
64：Linux/Mac
128：Windows
255：路由器
9. 协议（Protocol，8位）
上层协议类型
常见值：
1：ICMP
6：TCP
17：UDP
41：IPv6
89：OSPF
示例：
协议=6 → 上层是TCP
协议=17 → 上层是UDP
10. 头部校验和（Header Checksum，16位）
只校验IP头部，不校验数据
计算：
1. 把头部分成16位的字
2. 全部相加
3. 结果取反码
验证：
接收方重新计算校验和
如果不匹配，丢弃包
11. 源IP地址（32位）
发送方的IP地址
示例：
192.168.1.10
→ 二进制：11000000.10101000.00000001.00001010
12. 目标IP地址（32位）
接收方的IP地址
示例：
8.8.8.8
→ 二进制：00001000.00001000.00001000.00001000
13. 选项（Options，可变长度）
可选字段，很少使用
常见选项：
- 记录路由（Record Route）
- 时间戳（Timestamp）
- 松散源路由（Loose Source Routing）
- 严格源路由（Strict Source Routing）
长度：0-40字节
💻 Java解析IP头部
public class IPHeaderParser {
public static void parseIPHeader(byte[] packet) {
// 版本和头长度（第1字节）
int versionAndLength = packet[0] & 0xFF;
int version = (versionAndLength >> 4) & 0x0F;
int headerLength = (versionAndLength & 0x0F) * 4;
System.out.println("版本: " + version);
System.out.println("头部长度: " + headerLength + " 字节");
// 服务类型（第2字节）
int tos = packet[1] & 0xFF;
System.out.println("服务类型: " + tos);
// 总长度（第3-4字节）
int totalLength = ((packet[2] & 0xFF) << 8) | (packet[3] & 0xFF);
System.out.println("总长度: " + totalLength + " 字节");
// 标识（第5-6字节）
int id = ((packet[4] & 0xFF) << 8) | (packet[5] & 0xFF);
System.out.println("标识: " + id);
// 标志和片偏移（第7-8字节）
int flagsAndOffset = ((packet[6] & 0xFF) << 8) | (packet[7] & 0xFF);
boolean df = ((flagsAndOffset >> 14) & 0x01) == 1;
boolean mf = ((flagsAndOffset >> 13) & 0x01) == 1;
int offset = (flagsAndOffset & 0x1FFF) * 8;
System.out.println("DF标志: " + df);
System.out.println("MF标志: " + mf);
System.out.println("片偏移: " + offset + " 字节");
// TTL（第9字节）
int ttl = packet[8] & 0xFF;
System.out.println("TTL: " + ttl);
// 协议（第10字节）
int protocol = packet[9] & 0xFF;
String protocolName = getProtocolName(protocol);
System.out.println("协议: " + protocol + " (" + protocolName + ")");
// 校验和（第11-12字节）
int checksum = ((packet[10] & 0xFF) << 8) | (packet[11] & 0xFF);
System.out.println("校验和: " + Integer.toHexString(checksum));
// 源IP地址（第13-16字节）
String srcIP = String.format("%d.%d.%d.%d",
packet[12] & 0xFF,
packet[13] & 0xFF,
packet[14] & 0xFF,
packet[15] & 0xFF
);
System.out.println("源IP: " + srcIP);
// 目标IP地址（第17-20字节）
String dstIP = String.format("%d.%d.%d.%d",
packet[16] & 0xFF,
packet[17] & 0xFF,
packet[18] & 0xFF,
packet[19] & 0xFF
);
System.out.println("目标IP: " + dstIP);
}
private static String getProtocolName(int protocol) {
switch (protocol) {
case 1: return "ICMP";
case 6: return "TCP";
case 17: return "UDP";
case 41: return "IPv6";
case 89: return "OSPF";
default: return "Unknown";
}
}
}
🐛 常见面试题
Q1：IPv4报头有哪些重要字段？
答案：
核心字段：
1. 版本（4位）- 区分IPv4/IPv6
2. 头长度（4位）- 头部大小
3. 总长度（16位）- 整个包大小
4. 标识（16位）- 分片标识
5. 标志（3位）- DF/MF
6. 片偏移（13位）- 分片位置
7. TTL（8位）- 生存时间
8. 协议（8位）- 上层协议（TCP/UDP）
9. 校验和（16位）- 头部校验
10. 源IP（32位）- 发送方地址
11. 目标IP（32位）- 接收方地址
最小长度：20字节
最大长度：60字节
Q2：IP头部校验和是如何计算的？
答案：
计算步骤：
1. 校验和字段设为0
2. 把IP头部分成16位的字
3. 所有字相加
4. 如果有进位，加到最低位
5. 结果取反码
示例：
头部：0x4500 0x003c 0x1c46 0x4000 0x4006 0x0000 ...
相加：0x4500 + 0x003c + 0x1c46 + ... = 0xb1e6
取反：~0xb1e6 = 0x4e19
校验和：0x4e19
验证：
接收方重新计算
如果结果是0xFFFF，校验通过 ✓
否则，头部损坏，丢弃 ✗
注意：
只校验IP头部，不校验数据
TCP/UDP有自己的校验和
🎓 总结
IP报头的关键点：
- 最小20字节：固定字段
- 最大60字节：包含选项
- 核心字段：源IP、目标IP、TTL、协议
- 分片字段：标识、标志、偏移
记忆口诀：
版本头长服务型 📋
总长标识加标志 🏷️
TTL协议校验和 ✅
源IP目标IP地址 📮
文档创建时间：2025-10-31
