IP头情景分析

IP头情景分析

Ip网络应用广泛普及了，我本人和ip接触很多年，闲暇之余，想来ip头设计有哪些特点，作文分享。

Ip头

这些字段分为三大类：分片重组（ip len，ipid，DF，MF，ip off）、地址（src addr，dst addr）、tos，其它。下面逐个介绍一下。

Version

现网使用的协议ipv4 /v6, ipv1 v2 v3仅仅存在实验室，v5为流媒体预留。Version字段总共4个bit，可以支持15个版本，还好ip是基础协议，版本不会太多，四个够用了。

本文仅讨论ipv4。

Ip hdr len

对于ipv4，这个字段默认是5，最小值5，数值代表4个字节的倍数，比如5，ip头长度5*4 = 20字节。

和ip类似，其它协议多四字节对齐，比如udp头8字节，tcp头20字节。

另外，4个bit，最大值是15，ip 头最大60字节，ip头最大40字节可选项。

tos

qos、dscp相关的。

ip len

整个ip报文的长度，最大65536字节，但是你很少见到这么长的报文。

ttl

防止环路用的。windows默认128，linux默认64

pro

协议类型，比如tcp=6，udp=17，gre=47

IP cksum

ip报文的校验和，16bit为单位计算

addr

ipv4报文地址是4字节

分片相关

IP id

DF

MF

offset

分片

分片示意图

如图，分片对“udp+payload”进行分片（包括udp头）。

报文分片，DF(don’t fragment)必为0。

MF（more fragment）=1表示当前报文后续还有分片包，置0表示后续没有分片了。

Offset表示当前的分片在分片前报文中的字节偏移（除以8后的值，分片以8字节为对齐）。

分片三元组

一组分片包，由三元组src addr+dst addr+ ip id唯一确定，在特定的分片服务器和重组服务器下（src addr和dst addr确定情况下），ip id用来标识不同分片组。这个标识16bit，取值范围65536，一般递增。

ipid标识分片分组

在一个网元或服务器内，Ipid用来标识不同分片组。如果多个服务器（或网元）的分片在一个服务器（网元）重组，它们的ipid有可能出现相同的情况（比如图中ipid1=ipid2=ipid3），这种情况下，src addr用来标识不同服务器。如下图。

Src addr区分不同服务器

Tcp一般不分片

值得注意的是，分片一般为udp报文，而tcp为了估算路径拥塞，一般不会分片。所以tcp报文的ip头里DF一般置位1。

Tcp的路径拥塞估算

如上图，tcp一般使用t1（发送data的时刻t1）和t2（接收对应ack的时刻）差来估算路径是否拥塞。如果tcp分片后，时间估算会不准确，如下图。

第1步（t1时刻）和第6步（t2时刻）的时间差会比较大（估算为路径拥塞），这是由于第3步的“拥塞路径”造成，这样tcp估算路径是拥塞的，而图中分片第2步的路径是非拥塞，分片后，实际的路径拥塞估算出现了偏差。

Ipid的划分

有些框式网元中，ipid要避免设备内冲突。比如下图框式设备，一个框中插满线卡，这些线卡同为一个网元，也就是一个设备。

在这种设备中，一般ipid的赋值采用分段划分。如下图。

网元内ipid分段配置

以上为ip头某些字段情景讲解，待续。