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）。

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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。

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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。

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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。

注：校验和仅覆盖首部，不包含数据部分。

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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。

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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。
答：

• 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。

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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和是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）。

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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！