IPv4 和 IPv6 報(bào)頭格式說明
IPv4 報(bào)文頭格式及各字段功能
各字段功能：
1、版本號(hào)（）：長(zhǎng)度 4 bit 。標(biāo)識(shí)目前采用的 IP 協(xié)議的版本號(hào)。一般的值為 0100（IPv4），0110（IPv6）
版本號(hào)
版本
RFC 文檔
0
保留
1~3
未分配
4
協(xié)議版本 4（IPv4）
5
ST 數(shù)據(jù)報(bào)（）
6
簡(jiǎn)單 協(xié)議（SIP）
6
IPv6
7
TP / IX
8
P 協(xié)議（PIP）
9
使用更大地址的 TCP 和 UDP（TUBA）
10~14
未分配
15
保留
2、IP 報(bào)頭長(zhǎng)度（ ）：長(zhǎng)度 4 bit 。這個(gè)字段的作用是為了描述 IP 報(bào)頭的長(zhǎng)度，因?yàn)樵?IP 報(bào)頭中有變長(zhǎng)的可選部分。該部分占 4 個(gè) bit，長(zhǎng)度單位為 4 個(gè)字節(jié)，即本區(qū)域值 = IP 頭部長(zhǎng)度（單位為字節(jié)）/ 長(zhǎng)度單位（4 個(gè)字節(jié)）。因此，一個(gè) IP 報(bào)頭的長(zhǎng)度最長(zhǎng)為 “ 1111 ”，即 15 x 4 個(gè)字節(jié) = 60 個(gè)字節(jié)。IP 報(bào)頭最小長(zhǎng)度為 20 字節(jié)。
所代表的實(shí)際的 IP 報(bào)頭長(zhǎng)度
0101
20 字節(jié)
0110
24 字節(jié)
0111
28 字節(jié)
…
…
1101
52 字節(jié)
1110
56 字節(jié)
1111
60 字節(jié)
3、服務(wù)類型（Type of ）：長(zhǎng)度 8 bit 。8 位按位被如下定義：PPP DTRC0（更多詳細(xì)信息可以參見 和 ）
4、IP 包總長(zhǎng)度（Total ）：長(zhǎng)度 16 bit 。以字節(jié)為單位計(jì)算的 IP 包的長(zhǎng)度（包括頭部和數(shù)據(jù)），所以 IP 包最大長(zhǎng)度 65 535 字節(jié)。所以，數(shù)據(jù)包有效載荷的大小 = IP 包總長(zhǎng)度（Total ）- IP 報(bào)頭長(zhǎng)度（ ）。
5、標(biāo)識(shí)符（）：長(zhǎng)度 16 bit 。該字段和 Flags 和 字段聯(lián)合使用，對(duì)較大的上層數(shù)據(jù)包進(jìn)行分段（）操作。路由器將一個(gè)包拆分后ip數(shù)據(jù)包格式圖，所有拆分開的小包被標(biāo)記相同的值，以便目的端設(shè)備能夠區(qū)分哪個(gè)包屬于被拆分開的包的一部分。
6、標(biāo)記（Flags）：長(zhǎng)度 3 bit 。
7、片偏移（ ）：長(zhǎng)度 13 bit，以 8 個(gè)八位組為單位。表示該 IP 包在該組分片包中位置，接收端靠此來組裝還原 IP 包。
8、生存時(shí)間（TTL）：長(zhǎng)度 8 bit，設(shè)計(jì)之初是以秒（s）為單位的，但實(shí)際以跳數(shù)為單位，建議的缺省值為 64 。當(dāng) IP 包進(jìn)行傳送時(shí)，先會(huì)對(duì)該字段賦予某個(gè)特定的值。當(dāng) IP 包經(jīng)過每一個(gè)沿途的路由器的時(shí)候，每個(gè)沿途的路由器會(huì)將 IP 包的 TTL 值減少 1 。如果 TTL 減少為 0，則該 IP 包會(huì)被丟棄。這個(gè)字段可以防止由于路由環(huán)路而導(dǎo)致 IP 包在網(wǎng)絡(luò)中不停被轉(zhuǎn)發(fā)。
9、協(xié)議（）：長(zhǎng)度 8 bit 。標(biāo)識(shí)了上層所使用的協(xié)議。以下是比較常用的協(xié)議號(hào)：1 ICMP；2 IGMP；6 TCP；17 UDP；88 IGRP；89 OSPF 。（更多協(xié)議號(hào)請(qǐng)點(diǎn)擊這里：IP協(xié)議號(hào)匯總）
10、頭部校驗(yàn)（ ）：長(zhǎng)度 16 bit 。用來做 IP 頭部的正確性檢測(cè)，但不包含數(shù)據(jù)部分。 因?yàn)槊總€(gè)路由器要改變 TTL 的值，所以路由器會(huì)為每個(gè)通過的數(shù)據(jù)包重新計(jì)算這個(gè)值（ 討論了一些簡(jiǎn)化計(jì)算的策略）。
11、起源和目標(biāo)地址（ and ）：這兩個(gè)地址都是 32 bit 。標(biāo)識(shí)了這個(gè) IP 包的起源和目標(biāo)地址。要注意除非使用 NAT，否則整個(gè)傳輸?shù)倪^程中，這兩個(gè)地址不會(huì)改變。
12、可選項(xiàng)（）：這是一個(gè)可變長(zhǎng)的字段。該字段屬于可選項(xiàng)，主要用于測(cè)試，由起源設(shè)備根據(jù)需要改寫。可選項(xiàng)目包含以下內(nèi)容：
IPv6 報(bào)文頭格式及各字段功能
各字段功能：
1、版本（）：4 bit，值為 6（二進(jìn)制值為 0110）表示 IPv6 報(bào)文。
2、流量類別（ Class）：8 bit，這相當(dāng)于 IPv4 協(xié)議中的 ToS 字段。但是，考慮到 ToS 字段這些年的發(fā)展，現(xiàn)在都用來做區(qū)分服務(wù)等級(jí)（ Class of ，）了。所以，即使這個(gè)字段和舊的 ToS 字段有些相似，它們的名字要比所傳送的值更能確切地反映目前的用處。
3、流標(biāo)簽（Flow Label）：20 bit，IPv6 中新增。流標(biāo)簽可用來標(biāo)記特定流的報(bào)文，以便在網(wǎng)絡(luò)層區(qū)分不同的報(bào)文。轉(zhuǎn)發(fā)路徑上的路由器可以根據(jù)流標(biāo)簽來區(qū)分流并進(jìn)行處理。由于流標(biāo)簽在 IPv6 報(bào)文頭中攜帶，轉(zhuǎn)發(fā)路由器可以不必根據(jù)報(bào)文內(nèi)容來識(shí)別不同的流，目的節(jié)點(diǎn)也同樣可以根據(jù)流標(biāo)簽識(shí)別流，同時(shí)由于流標(biāo)簽在報(bào)文頭中，因此使用 IPSec 后仍然可以根據(jù)流標(biāo)簽進(jìn)行 QoS 處理。
4、有效載荷長(zhǎng)度（ ）：16 bit，以字節(jié)為單位的 IPv6 載荷長(zhǎng)度，也就是 IPv6 報(bào)文基本頭以后部分的長(zhǎng)度（包括所有擴(kuò)展頭部分）。IPv4 的總長(zhǎng)度字段是 16 位的，但 IPv6 的有效載荷長(zhǎng)度字段卻是 20 位，這就意味著該字段能夠指定更長(zhǎng)的有效載荷（1 048 575 字節(jié)，相對(duì) IPv4 中只有 65 535 字節(jié)）（本句源自《 TCP / IP 路由技術(shù) 》，有誤）。
5、下一報(bào)頭（Next ）：8 bit，用來標(biāo)識(shí)當(dāng)前頭（基本頭或擴(kuò)展頭）后下一個(gè)頭的類型。此域內(nèi)定義的類型與 IPv4 中的協(xié)議域值相同。IPv6 定義的擴(kuò)展頭由基本頭或擴(kuò)展頭中的擴(kuò)展頭域鏈接成一條鏈。這一機(jī)制下處理擴(kuò)展頭更高效，轉(zhuǎn)發(fā)路由器只處理必須處理的選項(xiàng)頭，提高了轉(zhuǎn)發(fā)效率。
6、跳數(shù)限制（Hop Limit）：8 bit，和 IPv4 中的 TTL 字段類似。每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)此報(bào)文的節(jié)點(diǎn)把此域減 1，如果此域值減到 0 則丟棄。注意：IPv4 中的 TTL 設(shè)計(jì)之初是以秒（s）為單位的，但實(shí)際使用時(shí)跟 IPv6 中的 Hop Limit 一樣，是以跳數(shù)為單位。
7、源地址（ ）：128 bitip數(shù)據(jù)包格式圖，報(bào)文的源地址。
8、目的地址（ ）：128 bit，報(bào)文的目的地址。
IPv6 擴(kuò)展報(bào)頭種類：
IPv6 選項(xiàng)字段是通過形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的擴(kuò)展頭支持的。IPv6 基本頭后面可以有 0 到多個(gè)擴(kuò)展頭。
IPv6 擴(kuò)展頭排列順序如下：
逐跳可選項(xiàng)報(bào)頭（Hop-By-Hop ），值為 0（在 IPv6 基本頭中定義）。此選項(xiàng)頭被轉(zhuǎn)發(fā)路徑所有節(jié)點(diǎn)處理。目前在路由告警（RSVP 和 MLDv1）與 Jumbo 幀（巨型幀）處理中使用了逐跳選項(xiàng)頭。路由告警需要通知到轉(zhuǎn)發(fā)路徑中所有節(jié)點(diǎn)，需要使用逐跳選項(xiàng)頭。Jumbo 幀是長(zhǎng)度超過 65 535 的報(bào)文，傳輸這種報(bào)文需要轉(zhuǎn)發(fā)路徑中所有節(jié)點(diǎn)都能正常處理，因此也需要使用逐跳選項(xiàng)頭功能。目的可選項(xiàng)報(bào)頭（ ），值為 60 。只可能出現(xiàn)在兩個(gè)位置：路由頭前，這時(shí)此選項(xiàng)頭被目的節(jié)點(diǎn)和路由頭中指定的節(jié)點(diǎn)處理；上層頭前（任何 ESP 選項(xiàng)后），此時(shí)只能被目的節(jié)點(diǎn)處理。 IPv6 中使用了目的選項(xiàng)頭。 IPv6 中新增加一種類型的目的選項(xiàng)頭（家鄉(xiāng)地址選項(xiàng)）。家鄉(xiāng)地址選項(xiàng)由目的選項(xiàng)頭攜帶，用于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)離開家鄉(xiāng)后通知接收節(jié)點(diǎn)此移動(dòng)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的家鄉(xiāng)地址。接收節(jié)點(diǎn)收到帶有家鄉(xiāng)地址選項(xiàng)的報(bào)文后，會(huì)把家鄉(xiāng)地址選項(xiàng)中源地址（移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址）和報(bào)文中源地址（移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址）交換，這樣上層協(xié)議始終認(rèn)為是在和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址在通信，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)漫游功能。
路由報(bào)頭（），值為 43 。用于源路由選項(xiàng)和 IPv6 。通過列出在到達(dá)目的地的路徑中數(shù)據(jù)包所要經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)列表來提供源路由選擇的功能。分段報(bào)頭（），值為 44 。此選項(xiàng)頭在源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文超過 Path MTU（源和目的之間傳輸路徑的MTU）時(shí)對(duì)報(bào)文分片時(shí)使用。在 IPv4 和 IPv6 數(shù)據(jù)包中有一個(gè)重要的不同是，只有發(fā)起該數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)能夠?qū)?shù)據(jù)包進(jìn)行分段；而 IPv6 路由器對(duì)數(shù)據(jù)包并不分段。因此，發(fā)起該數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)要么必須使用路徑 MTU 發(fā)現(xiàn)（Path MTU ，PMD，具體參見 ）來得到該數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地的路徑上最小的 MTU 值，要么就從不發(fā)出大于 1280 字節(jié)的數(shù)據(jù)包。IPv6 協(xié)議規(guī)定運(yùn)行 IPv6 的所有鏈路都必須能夠支持最小 1280 字節(jié)大小的數(shù)據(jù)包。因此，發(fā)起數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)如果可以選擇的話，可以利用最小長(zhǎng)度大小選項(xiàng)，而不用 PMD 。認(rèn)證報(bào)頭（ ，AH），值為 51 。用于 IPSec，提供報(bào)文驗(yàn)證、完整性檢查。定義和 IPv4 中相同。封裝安全有效載荷報(bào)頭（ ，ESP），值為 50 。
用于 IPSec，提供報(bào)文驗(yàn)證、完整性檢查和加密。定義和 IPv4 中相同。上層報(bào)頭，上層協(xié)議頭，如 TCP / UDP / ICMP 等，目的選項(xiàng)頭最多出現(xiàn)兩次（一次在路由頭前，一次在上層協(xié)議頭前），其它選項(xiàng)頭最多出現(xiàn)一次。但 IPv6 節(jié)點(diǎn)必須能夠處理選項(xiàng)頭（逐跳選項(xiàng)頭除外，它固定只能進(jìn)隨基本頭之后）的任意出現(xiàn)位置和任意出現(xiàn)次數(shù)，以保證互通性。
其他關(guān)于 IPv6 擴(kuò)展報(bào)頭的解釋，可作參考：
報(bào)頭類型
Next 字段值
描述
逐跳選項(xiàng)報(bào)頭
0
該選項(xiàng)主要用于為在傳送路徑上的每跳轉(zhuǎn)發(fā)指定發(fā)送參數(shù)，傳送路徑上的每臺(tái)中間節(jié)點(diǎn)都要讀取并處理該字段，應(yīng)用場(chǎng)景：用于巨型載荷用于路由器提示用于資源預(yù)留
目的選項(xiàng)報(bào)頭
60
目的選項(xiàng)報(bào)頭攜帶了一些只有目的節(jié)點(diǎn)才會(huì)處理的信息。目前，目的選項(xiàng)報(bào)頭主要應(yīng)用于移動(dòng) IPv6 。
路由報(bào)頭
43
路由報(bào)頭和 IPv4 的 Loose and Route 選項(xiàng)類似，該報(bào)頭能夠被 IPv6 源節(jié)點(diǎn)用來強(qiáng)制數(shù)據(jù)包經(jīng)過特定的路由器。
分段報(bào)頭
44
同 IPv4 一樣，IPv6 報(bào)文發(fā)送也受到 MTU 的限制。當(dāng)報(bào)文長(zhǎng)度超過 MTU 時(shí)就需要將報(bào)文分段發(fā)送，而在 IPv6 中，分段發(fā)送使用的是分段報(bào)頭。
認(rèn)證報(bào)頭
51
該報(bào)頭由 IPSec 使用，提供認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性以及重放保護(hù)。它還對(duì) IPv6 基本報(bào)頭中的一些字段進(jìn)行保護(hù)。
封裝安全凈載報(bào)頭
50
該報(bào)頭由 IPSec 使用，提供認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性以及重放保護(hù)和 IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)的保密，類似于認(rèn)證報(bào)頭。
報(bào)頭類型
Next 字段值
描述
逐跳選項(xiàng)報(bào)頭
0
該選項(xiàng)主要用于為在傳送路徑上的每跳轉(zhuǎn)發(fā)指定發(fā)送參數(shù)，傳送路徑上的每臺(tái)中間節(jié)點(diǎn)都要讀取并處理該字段，應(yīng)用場(chǎng)景：用于巨型載荷用于路由器提示用于資源預(yù)留
目的選項(xiàng)報(bào)頭
60
目的選項(xiàng)報(bào)頭攜帶了一些只有目的節(jié)點(diǎn)才會(huì)處理的信息。目前，目的選項(xiàng)報(bào)頭主要應(yīng)用于移動(dòng) IPv6 。
路由報(bào)頭
43
路由報(bào)頭和 IPv4 的 Loose and Route 選項(xiàng)類似，該報(bào)頭能夠被 IPv6 源節(jié)點(diǎn)用來強(qiáng)制數(shù)據(jù)包經(jīng)過特定的路由器。
分段報(bào)頭
44
同 IPv4 一樣，IPv6 報(bào)文發(fā)送也受到 MTU 的限制。當(dāng)報(bào)文長(zhǎng)度超過 MTU 時(shí)就需要將報(bào)文分段發(fā)送，而在 IPv6 中，分段發(fā)送使用的是分段報(bào)頭。
認(rèn)證報(bào)頭
51
該報(bào)頭由 IPSec 使用，提供認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性以及重放保護(hù)。它還對(duì) IPv6 基本報(bào)頭中的一些字段進(jìn)行保護(hù)。
封裝安全凈載報(bào)頭
50
該報(bào)頭由 IPSec 使用，提供認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性以及重放保護(hù)和 IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)的保密，類似于認(rèn)證報(bào)頭。
IPv6 擴(kuò)展報(bào)頭規(guī)約：
IPv6 擴(kuò)展報(bào)頭報(bào)文格式：
1、逐跳選項(xiàng)報(bào)頭：
為了保證選項(xiàng)頭的長(zhǎng)度為 64 bits 的整數(shù)倍（便于 64 位處理）經(jīng)常需要在 中添加填充段，填充段有兩種：
逐跳選項(xiàng)報(bào)頭中用于巨型載荷（載荷長(zhǎng)度超過 65 535 字節(jié)）的超大有效載荷選項(xiàng)結(jié)構(gòu)：
2、目的選項(xiàng)報(bào)頭：
3、路由報(bào)頭：
4、分段報(bào)頭：
5、認(rèn)證報(bào)頭：
6、封裝安全凈載報(bào)頭：
IPv6 與 IPv4 比較
區(qū)別
字段：IPv4 報(bào)頭有 14 個(gè)字段（帶選項(xiàng)和填充字段），基本的 IPv4 報(bào)頭有 12 個(gè)字段；IPv6 報(bào)頭只有 8 個(gè)字段。IPv4 中的 (4)、(16)、Flags(3)、 (13)、( 、used for test)、 這些項(xiàng)在 IPv6 中都沒有了。
首部長(zhǎng)度：IPv6 報(bào)頭為定長(zhǎng)的 40 bytes，IPv4 報(bào)頭為不定長(zhǎng)。IPv4 首部的選項(xiàng)字段允許 IP 首部被擴(kuò)展，由此導(dǎo)致數(shù)據(jù)報(bào)首部長(zhǎng)度可變，故不能預(yù)先確定數(shù)據(jù)字段從何開始，同時(shí)也使路由器處理一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)所需時(shí)間差異很大（有的要處理選項(xiàng)，有的不需要）。基于此，IPv6 采用固定 40 字節(jié)長(zhǎng)度的報(bào)頭長(zhǎng)度（稱基本報(bào)頭）。然后 IPv6 通過擴(kuò)展報(bào)頭的選項(xiàng)字段實(shí)現(xiàn)類似于 IPv4 的擴(kuò)展功能，并由 IPv6 基本報(bào)頭的 “ 下一報(bào)頭 ” 字段指向擴(kuò)展報(bào)頭（如果有的話）。路由器不處理擴(kuò)展報(bào)頭，提升了路由器轉(zhuǎn)發(fā)效率。同時(shí)，IPv6 報(bào)頭字段 64 bit 對(duì)齊，能夠直接對(duì)內(nèi)存進(jìn)行存取。
分片 / 重組：IPv6 中分片與重組只能在源與目的地上執(zhí)行，不允許在中間路由器進(jìn)行。分片與重組是個(gè)耗時(shí)的操作，將該功能從路由器轉(zhuǎn)移到端系統(tǒng)，大大加快了網(wǎng)絡(luò)中的 IP 轉(zhuǎn)發(fā)速率。如果路由器收到 IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)太大而不能轉(zhuǎn)發(fā)到出鏈路上怎么辦？該路由器丟棄該包，并向發(fā)送發(fā)發(fā)回一個(gè) ” 分組太大 ” 的 ICMP 差錯(cuò)報(bào)文，再發(fā)送使用較小長(zhǎng)度的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)重發(fā)數(shù)據(jù)。
首部檢查和：每個(gè)路由器上 IPv4 首部檢查和都需要重新計(jì)算，是一項(xiàng)耗時(shí)操作。加之?dāng)?shù)據(jù)鏈路層和傳輸層協(xié)議已經(jīng)執(zhí)行了檢驗(yàn)操作，網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性提升，所以 IPv6 不進(jìn)行首部檢查和，從而更快速處理 IP 分組。
選項(xiàng)和填充：選項(xiàng)由擴(kuò)展報(bào)頭處理，填充字段也去掉。
整體來講，IPv6 的整體設(shè)計(jì)回歸簡(jiǎn)潔，設(shè)計(jì)更加透明，固定長(zhǎng)度的報(bào)頭效率更高。
IPv6 報(bào)文格式的優(yōu)點(diǎn)
效率 / 規(guī)范 / 安全 / 優(yōu)質(zhì)