IPv4 分组与分片

本课目标

能从IP报文、地址前缀、映射表、路由状态和设备队列逐步推出下一跳、分片、协议时序或拥塞结果，并用代码复核数值。

核心机制

IPv4首部含版本、首部长度、总长度、标识、DF/MF、片偏移、TTL、协议、检验和与地址。片偏移以8字节为单位；除最后片外数据长度通常是8的倍数。同一原始分组的各片标识相同，目的主机重组，路由器通常不重组。

报文、地址与时序推演

总长4000、首部20、MTU1500：每片最多1480数据，得到1480/1480/1020；片偏移0/185/370，MF为1/1/0，总长1500/1500/1040。

统一记录“输入接口、首部字段、目的前缀、候选路由、最长匹配、输出接口、队列状态”。控制协议题另画请求/响应主体和地址层次；路由题记录每轮距离、前驱或路径属性。所有地址先标前缀长度，所有分片先标数据长度与8字节偏移单位。

可运行模型

total=4000;h=20;mtu=1500;remain=total-h;off=0
while remain:
 d=min(remain,((mtu-h)//8)*8) if remain>mtu-h else remain;remain-=d;print(d+h,off//8,int(remain>0));off+=d

先手算再运行。修改MTU、前缀、NAT端口、链路代价、AS属性或到达率，说明报文和状态怎样变化。

边界与错因

转发不等于路由；ARP解析下一跳MAC而不改变IP目的；NAT映射必须能让回包唯一还原。IPv4分片偏移单位不是字节，IPv6路由器不分片。RIP/OSPF/BGP分别是距离向量、链路状态、路径向量与策略，不能只按“最短”混答。转发表正确也可能因输出队列拥塞丢包。

迁移练习

把同一分组改MTU、DF或TTL；把同一地址放入多个重叠前缀；让链路代价或BGP属性改变；给路由器输入增加突发流量。每次重画字段、候选项和最终状态，而非只改结论。

课内验收

完成下方两道在线题，并提交分片表、前缀匹配表、协议时序或路由迭代表。计算题保留字节、bit和前缀单位。