IP 数据报首部分析

来来来, 爷们. 不是一直说纸上得来终觉浅么. 今咱就抓个数据报具体看一看真实网络中的 IP 报首部.

操作方法很简单, 使用wireshark进行抓包. 抓包后随便找个包看一下就行, 毕竟所有通信的包都需要经过网络层.(同时, wireshark会对协议的相关信息给出标识, 更方便我们查看)

其中数据链路层的首部信息在整个数据的最前面, 其后跟着的是网络层, 传输层, 最后剩下的是传输的数据内容. 这个很好理解, 数据从上到下, 每过一层, 都会添加对应的头部信息, 先过传输层就先加上咯.

咱们今儿个主要就看看 IP 协议的首部内容. 走着...

要查看指定字段在其中的位置, 左键点击一下, 数据内容就会高亮了. 好贴心哦.

简单介绍一下各个字段的意思:

• 协议版本号(4b): 标识当前 IP 协议的版本号.
• 首部长度(4b): 标识首部长度. 单位是/4B. 也就是首部最长15*4=60B
• 区分服务(8b):
• 总长度(16b): 首部+数据的长度. 因为 TCP 的首部是在传输层加上的, 所以传输层的首部也会被认为是数据的一部分. IP 层可传输的数据长度为 65535-60=65475B. 不过一般碍于各设备 MTU 的不同, 都会被分段传输
• 标识(16b): 当数据包被分组时, 用于标识不同的分组. 方便接收方对数据包进行重组
• 标志(3b): 用于一些特殊标志
• 片偏移量(13b): 当数据包超出长度后, 会分组传输. 此字段标识数据的偏移量. 单位是/8B
• 生存时间(8b): 数据包在网络中的寿命, 经过 n 跳之后就不再转发了
• 协议(8b): 标识当前包的数据部分协议
• 校验和(8b): 用于校验在网络传输中是否失真. 仅校验首部
• 源地址(32b): 数据包的源IP地址
• 目标地址(32b): 数据包的目标 IP 地址
• 可选内容: 一些其他的可选字段

对于网络层协议来说, 每增加一个字段, 都会影响整体的传输速度. 所以当初设计协议的时候, 定是经过了一再斟酌, 最终才保留了这些不可获取的字段.

协议版本号

标识当前协议的版本, 目前主要用来区分 IPV4和 IPV6.

若此字段缺失, 则无法区分不同版本 IP 协议

首部长度

因为协议的首部存在可选字段, 所以需要添加字段用来指明首部的长度. 以4B 为一个单位应该也是经过多次探讨的了. 当首部为20b 时, 则没有使用可选字段.

若此字段缺失, 无法正确识别协议首部结尾.

区分服务

标识此数据包在传输过程中的一些要求服务.

• 1-3位: 标识数据包重要性. 在网络分组传输中, 较为重要的包会优先传输. 如一个语音通话的数据包, 和一个文件下载的数据包, 明显前者更为优先.
• 4位: 0(正常延迟), 1(想要较低的延迟)
• 5位: 1(想要高流量)
• 6位: 1(要高可靠性)
• 7位: 也是拥塞控制相关的.
• 8位: 1(网络拥塞预警)

总长度

用于对识别当前数据报的结尾.

标识

因为数据在网络层会被分片, 所以增加标识分片所在分组.

若此字段缺失, 则无法对数据包进行正确重组.

标志

• 第一位: 保留
• 第二位: 0(可以分段), 1(不能分段)
• 第三位: 0(当前是最后一个分段), 1(后面还有更多的分段)

偏移量

当接收方接收到多个数据分段时, 进行重组的依据. 该字段占13b, 单位是8B. 也就是说 IP 协议传输数据超过: (2^14-1)*8=131064B≈123kb. 不过一个网络层的包也不会这么大.

而网络层对数据包进行分段是依据 MTU 计算的. MTU 则是其自动协商, 取链路最小值.

若此字段缺失, 则接收方无法对数据包进行正确重组.

生存时间

就是你在使用ping命令时, 显示的ttl. 此值每经过一次转发, 就会减一. 当减到0的时候, 该数据包就被丢弃了.

若此字段缺失, 当出现在网络中不存在的目标, 导致数据包在网络中循环传输时永远都不会消失. 而这样的数据一多, 则整个网络都会变得拥堵.

协议

标明数据部分的协议, 用于正确识别数据包上层协议, 并将数据正确转交给指定进程.

搜一下: IP 协议号, 随便打开一个可以看到所有的协议.

若此字段缺失, 则网络层无法将数据正确上交.

校验和

接收方校验在物理传输过程中, 协议首部是否存在损坏. 数据部分不做检查.

若此字段缺失, 则接收方无法缺失接收的数据与发送的数据是否一致.

源地址

用于标识数据包的源地址.

目标地址

用于标识数据包的目标地址.

可选内容

方便后面对协议的扩充. 现在已有的如:

• 记录路径: 每个路由器都记下其IP 地址
• 记录时间戳: 每个路由都记下其IP 与时间
• 等等

感觉可选内容在使用中很少用到, 我抓了各种包, 暂时还没有碰到过有使用的.

协议在设计的时候真的是省吃俭用啊, 平常开发时用到的数据都是以字节为单位的, 人家网络层协议是以位为单位使用的.

后面再看TCP首部的时候, 也可以如此查看其在传输过程中的真正模样.

爷们, 希望你看到这里了...