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  • TCP/IP协议族——IP工作原理及实例具体解释(上)

    

    IP协议具体解释

            本文主要介绍了IP服务特点,头部结构,IP分片知识,并用tcpdump抓取数据包。来观察IP数据报传送过程中IP的格式,以及分片的过程。

    IP头部信息:IP头部信息出如今每一个IP数据报中,用于指定IP通信的源端IP地址、目的端IP地址,指导IP分片和重组。

    IP数据报的路由和转发:IP数据报的路由和转发发生在出目标机器之外的全部主机和路由器上。他们决定数据报是否应该转发以及怎样转发。

    IP服务的特点

    IP协议是TCP/IP协议族的动力。它为上层协议提供无状态、无连接、不可靠的服务。

    无状态是指IP通信两方不同步数据传输的状态信息,因此全部IP数据报的发送、传输和接收都是相互独立、没有上下文关系的。这样的服务最大的缺点是无法处理乱序和反复的IP数据报。

    无连接是指IP通信两方都不长久的维持对方的不论什么信息。这样,上层协议每次发送数据时。都必须明白指定对方的IP地址。

    不可靠是指IP协议不能保证IP数据报准确的达到接收端。

    IPv4头部结构

    4位版本号号指定IP协议的版本号

    4位头部长度表示IP有多少个32bit字(4字节)

    8为服务类型(Type OfService)包含一个3为优先字段,4位的TOS字段和1位保留字段(必须置0)。

    4位的TOS字段分别表示:最小延迟,最大吞吐量,最高可靠性和最小费用。当中最多有一个能置为1

    16位总长度是指整个IP数据报的长度,以字节为单位。因为MTU的限制,长度超过MTU的数据豆浆杯分片传输。

    16位标识唯一标识主机发送的每个数据报,同一个数据报的全部分片具有同样标识值。

    3位标志字段第一位保留。第二位表示“禁止分片”。第三位表示很多其它分片。除了数据报最后一个分片外,其它分片都要把她置1.

    13位分片偏移是分片对原始IP数据报開始出的偏移。

    8位生存时间(Time ToLiveTTL)是数据报到达目的地之前同意经过的路由器跳数。

    每经过一个路由。该值减1.

    8位协议用来区分上层协议,当中ICMP1TCP6UDP17.

    16位头部校验和检验IP数据头部在传输过程中是否损坏。

    32位源端IP地址和目的端IP地址用来标识发送端和接收端。

    使用tcpdump观察IPv4头部结构

    chen123@ubuntu:~$ sudo tcpdump -ntx -i lo

    chen123@ubuntu:~$ telnet 127.0.0.1

    IP 127.0.0.1.47513> 127.0.0.1.23: Flags [.], ack 90, win 342, options [nop,nop,TS val 5091357ecr 5091357], length 0

         0x0000: 4510 0034 52b6 4000 4006 e9fb 7f00 0001

         0x0010: 7f00 0001 b999 0017 a304 e30f 5c98 cfa6

         0x0020: 8010 0156 fe28 0000 0101 080a 004d b01d

         0x0030: 004d b01d

    IPv4头部各个字段具体解释:

    十六进制

    十进制

    IP头部信息

    0X4

    4

    IP版本

    0X5

    5

    头部长度为532

    0x10

     

    TOS选项中最小延迟被开启

    0x0034

    52

    数据报总长度,52字节

    0x52b6

     

    数据报标识

    0X4

     

    设置禁止分片标志

    0x000

    0

    分片偏移

    0x40

    64

    TTL被设为64

    0x06

    6

    协议字段为6,表示上层协议TCP协议

    0xe9fb

     

    IP头部校验码

    0X7f000001

     

    32位源端IP地址127.0.0.1

    0X7f000001

     

    32位目的端IP地址127.0.0.1

    IP分片

    IP数据报的长度超过帧的MTU时,将被分片传输。

    分片可能发生在发送端,也可能发生在路由器上,并且可能在传输过程中被多次分片。但仅仅有在终于目标机器上,这些分片才会被内核中的IP模块又一次组装。

    IP头部中的例如以下三个字段给IP的分片和重组提供了足够的信息:数据报标识、标志和片偏移。一个IP数据报的每一个分片都具有自己的IP头部。他们具有同样的标识值,但具有不同的片偏移。而且除了最后一个分片外,其它分片都将设置MF标志。此外,每一个分片的IP头部的总长度将被设置为该分片的长度

    以太网的MTU(关于MTU概念http://blog.csdn.net/walkerkalr/article/details/34410937封装部分)是1500字节,因此它携带的IP数据报的数据部分最多是1480字节(IP头部占用20字节)。烤炉用IP数据报封装一个长度为1481字节的ICMP报文(包含8字节的ICMP,所以其数据部分长度为1473字节),则该数据报在使用以太网帧传输室必须分片。

    须要指出的是,ICMP报文的头部长度取决于报文类型,以下的样例使用ping程序,而ping程序使用的ICMP回显与应答报文的头部长度是8字节。为了看清楚IP分片的详细过程,考虑从chen123(关于在一台主机上搭建的測试网络见http://blog.csdn.net/walkerkalr/article/details/34420041)来ping机器li123。每次传送1473个字节以强制引起IP分片。并用tcpdump抓取这一过程中两方的数据报。

    详细操作例如以下:

    chen123@ubuntu:~$sudo tcpdump -ntv -i eth0 icmp #仅仅抓取ICMP

    chen123@ubuntu:~$ping 192.168.73.130 -s 1473 #-s选项指定每次发送1473字节的数据

    例如以下是在敲入tcpdump命令终端上的输出:

    1. IP(tos 0x0, ttl 64, id 21061, offset 0, flags [+], proto ICMP (1), length 1500)

       192.168.73.130 > 192.168.73.129: ICMPecho reply, id 4311, seq 11, length 1480

    2. IP(tos 0x0, ttl 64, id 21061, offset 1480, flags [none], proto ICMP (1), length21)

       192.168.73.130 > 192.168.73.129:ip-proto-1

    这两个IP的表示值都是21061,说明它们是同一个IP数据报的分片。第一个分片的片偏移是0,第二个是1480。非常显然,第二个分片的片偏移实际上是第一个分片的ICMP报文的长度。

    第一个分片设置了MF标识表示还有兴许分片,所以tcpdump输出”flags[+]”。而第二个分片则没有设置不论什么标识,所以tcpdump输出“flags[none]”。

    由于我们发送1473个字节,加上8字节的ICMP头部长度和20字节的IP头部长度,则终于长度1501字节大于MTU值,须要被分片。也就是,第一个IP分片长度为1500,第二个为21。每一个分片都有自己的IP头部(20字节)。

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