1. IPv4 报文格式
IPv4 包头由固定20字节的包头与可变长的选项组成：
1.1 版本（Version）
版本（Version）域, 长度4比特。标识目前采用的IP协议的版本号。一般的值为0100（IPv4），0110（IPv6）
1.2 IP包头长度（Header Length）
IHL用4位来表示。
由于头部的长度是不固定的，所以头部的IHL域指明了该头部有多长（以32位字的长度为单位）。
IHL的最小长度为5，这个时候表明没有可选项（Option），此4位域的最大值也就是15，也就是说头部的最大长度为15*(32/8) = 60字节，因此可选项（Option） = 60 - 20 = 40字节，可选项的内容最大为40字节。对于某些选项，比如记录一个分组沿途路径的选项，40字节往往太小了，这就使得这样的选项其实没有什么用处。
1.3 服务类型（Type of Service）
服务类型（Type of Service）域, 长度8比特。
8位按位被如下定义 PPP DTRC0
PPP：定义包的优先级，取值越大数据越重要
- 000 普通 (Routine)
- 001 优先的 (Priority)
- 010 立即的发送 (Immediate)
- 011 闪电式的 (Flash)
- 100 比闪电还闪电式的 (Flash Override)
- 101 CRI/TIC/ECP(找不到这个词的翻译)
- 110 网间控制 (Internetwork Control)
- 111 网络控制 (Network Control)
DTRCO
- D 时延: 0:普通 1:延迟尽量小
- T 吞吐量: 0:普通 1:流量尽量大
- R 可靠性: 0:普通 1:可靠性尽量大
- M 传输成本: 0:普通 1:成本尽量小
- 0 最后一位被保留，恒定为0
1.4 总长度（Total Length）
总长度（Total Length）域, 以字节为单位计算的IP包的长度 (包括头部和数据)，所以IP包最大长度65535字节。
1.5 标识（Identification）
标识（Identification）域, 该字段和Flags和Fragment Offest字段联合使用，对较大的上层数据包进行分段（fragment）操作。路由器将一个包拆分后，所有拆分开的小包被标记相同的值，以便目的端设备能够区分哪个包属于被拆分开的包的一部分。是让目标主机确定一个新到来的分段是属于哪一个数据报的。同一个数据报的的所有分段都有相同的Identification值。
接下来是未使用的位。然后是两个1位域。
DF代表不分段（Don’t Fragment）,这是针对路由器的一个命令，它让路由器不要分割该数据报，因为目标主机可能无法将分片重新组合回原来的数据报。例如，当一台计算机启动的时候，它的ROM可能向网络请求一个包含内存映像的一个数据报。在数据报中标记了DF位之后，它就知道该数据将作为一个整体到达接收方，不过这意味着该数据报必须避开最优路径的小分组网络，而不得不走次优的的路径。所有的机器都要求能接受576字节或者更少的分段(4.5k)。
MF代表更多的分段（More Fragment）。除了最后一个分段以外，其它所有的分段都必须设置这一位，它的用途是，接收方可以知道什么时候一个数据报的所有分段已经到达了。
1.6 分段偏移（Fragment Offset）
分段偏移（Fragment Offset）（13位域）域指明了该分段在当前数据报中的什么位置上。除了一个数据报的最后一个分段以外，其他所有的分段必须是8字节的倍数，这里的8字节是基本的分段单位(64bit大小)。由于该域有13位，所以每个数据报最多可以有2^13 = 8192个分段，因此，最大的数据报长度为8192*8 = 65536字节，比Taotal length域还要大1.
1.7 生命期TTL（Time to live）
TTL（Time to live）域（8位域）, 当IP包经过每一个沿途的路由器的时候，每个沿途的路由器会将IP包的TTL值减少1。如果TTL减少为0，则该IP包会被丢弃。这个字段可以防止由于路由环路而导致IP包在网络中不停被转发。
1.8 协议（Protocol）
当网络层组装完成一个完整的数据报之后，它需要知道该如何对它进行处理。协议（Protocol）域指明了该将它交给哪一个传输进程。TCP是一种可能，UDP或者其他协议也是一种可能。协议的编号是整合Internet全球统一的。
1.9 头部校验和（Header checksum）
头部校验和（Header checksum）域只校验头部。这样的校验和对于检测“因路由器中的坏内存而产生的错误”非常有用。因为每个路由器要改变TTL的值,所以路由器会为每个通过的数据包重新计算这个值。其算法是这样的：当数据到达时，所有的16位（半字）累加起来，然后再取结果的补码。该算法的意图是，当数据到达之后，Header checksum的计算结果应该为0.该算法比常规算法更加稳定。请注意，在每一跳上，Header checksum域必须重新计算，因为至少有一个域总是要改变的（即Time to live），但是通过一些技巧可以加速计算。
1.10 源地址（Source address）和目标地址（Destination address）
都用32为表示。要注意除非使用NAT，否则整个传输的过程中，这两个地址不会改变
1.11 选项（Option）
选项（Option）域的设计意图是：主要用于测试; 允许后续版本的协议包含一些原来的设计中没有出现的信息；允许实验人员试验新的想法；避免为那些不常使用的信息分配头部域。选项是变长的，每一个选项的第一个字节是一个标识码，它标明了该选项。有的选项后面跟着1个字节的选项长度域，然后是一个或多个数据字节。Options域被补齐到4字节的倍数。
2.IPv6
IPv6 数据报包括一个主首部和0 或多个扩展首部。IPv6 包头结构如下图所示。
IPv6包头长度固定为40字节，去掉了IPv4中一切可选项，只包括8个必要的字段，因此尽管IPv6地址长度为IPv4的四倍，IPv6包头长度仅为IPv4包头长度的两倍。
2.1 Version（版本号）
4位，IP协议版本号，值 = 6。
2.2 Traffice Class（通信级别/类别）
8位，指示IPv6数据流通信类别或优先级。功能类似于IPv4的服务类型（TOS/QOS）字段。 （通往目标节点的过程中，这个字段的值可能会被修改）
2.3 Flow Label（流标记）
20位，IPv6新增字段，标记需要IPv6路由器特殊处理的数据流，这个字段是为了给实时数据报交付和QoS提供更多的支持。该字段用于某些对连接的服务质量有特殊要求的通信，诸如音频或视频等实时数据传输。在IPv6中，同一信源和信宿之间可以有多种不同的数据流，彼此之间以非“0”流标记区分。如果不要求路由器做特殊处理，则该字段值置为“0”。 flow label最初是28bit，逐渐修改至rfc2460的20bit。flow label通过伪随机算法生成，介于1至fffff之间。如果一组数据流具有相同的源地址、目的地址、hop-by-hop和routing，那么这组数据流可能共享flow label。由此可见，IPv6结点可以仅通过flow label，不检查其它属性值，即可知道如何处理和转发这组数据流。
2.4 Payload Length（负载长度）
16位负载长度。负载长度包括扩展头和上层PDU，16位最多可表示65535字节负载长度。超过这一字节数的负载，该字段值置为“0”，使用扩展头逐个跳段（Hop-by-Hop）选项中的巨量负载（Jumbo Payload）选项。 总而言之，该字段的值=报文总长度-40
2.5 Next Header（下一包头）
8位，指明识别紧跟在IPv6头后的包头类型，如扩展头（有的话）或某个传输层协议头（诸如TCP，UDP或者ICMPv6）。
由下图可以看出，因为可以有多个扩展头，一个扩展头中还有Next Header字段，用于指明下一个扩展头或者传输层的类型。（扩展可以有多个，但是上层数据只能有一个）
常见的Next Header值：
2.6 Hop Limit（跳段数限制）
8位，类似于IPv4的TTL（生命期）字段。与IPv4用时间来限定包的生命期不同，IPv6用包在路由器之间的转发次数来限定包的生命期。包每经过一次转发，该字段减1，减到0时就把这个包丢弃。
S
2.7 ource Address（源地址）
128位（16字节），发送方主机地址。
2.8 Destination Address（目的地址）
128位，在大多数情况下，目的地址即信宿地址。但如果存在路由扩展头的话，目的地址可能是发送方路由表中下一个路由器接口。
3.IPv4和IPv6对比图
IPv4头部字段 | IPv6头部字段 |
版本 | 相同字段，但是版本号不同 |
Inter头部长度 | 已从IPv6中删除。IPv6不包括头部长度字段，因为IPv6头部总是40字节的固定长度。每个扩展头部或者是固定长度或者标识了自己的长度 |
服务类型 | 有IPv6的流量类别字段取代 |
总长度 | 由IPv6的负载长度字段取代，这个字段仅标识有效负载的长度 |
标识符&标签&分片偏移 | 已从IPv6中删除，分片信息并不包括在IPv6头部中，而是包括在分片扩展头部中 |
生存时间 | 由IPv6的跳数限制字段取代 |
协议 | 由IPv6的下一个头部字段取代 |
头部校验和 | 已从IPv6中删除，链路层的校验和会对整个IPv6数据包执行比特位层面的错误校验 |
源地址 | 保留，但IPv6地址长度为128位 |
目的地址 | 保留，但IPv6地址长度为128位 |
选项 | 已从IPv6中删除，IPv6扩展头部取代了IPv4中的可选项 |
- IPV6简化了报文头部格式，字段只有8个，加快报文转发，提高了吞吐量
- 灵活的IP报文头部格式。使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPV4中可变长度的选项字段。
- IPV6中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单路过选项而不做任何处理，加快了报文处理速度；
- IPv6的地址是IPv4地址的四倍，但是IPv6的头部却只有最小IPv4头部长度的两倍。
参考文档《深入解析IPv6》
