IT评测·应用市场-qidao123.com

标题: IP 协议 [打印本页]

作者: 用户云卷云舒 时间: 2025-3-18 16:55
标题: IP 协议
本文为笔者学习以太网对网上资料归纳整理所做的笔记，文末均附有参考链接，如侵权，请联系删除。
IP 协议

概述

IP 协议是 TCP/IP 协议簇中的焦点协议，也是 TCP/IP 协议的载体，IP 协议规定了数据传输时的基本单元和格式。从前面先容的可以看出，IP 协议位于以太网 MAC 帧格式的数据段，IP 协议内容由IP 首部和数据字段组成。所有的 TCP、UDP 及 ICMP 数据都以 IP 数据报格式传输
数据包格式

IP 数据包格式如图所示。

前 20 个字节和紧跟其后的可选字段是 IP 数据报的首部，前 20 个字节是固定的，反面可选字段是无关紧要的，首部的每一行以 32 位（4 个字节）为单位。每个字节传输规则为由比特最高位到最低位的次序逐一进行发送，4 字节的 32bit 值按照以下序次传输：起首 7-0bit，其次 15-8 bit，然后 23-16bit，末了是 31- 24bit。

版本：4 位 IP 版本号（Version），这个值设置为二进制的 0100 时表现 IPv4，设置为 0110 时表现 IPv6，目前使用比较多的 IP 协议版本号是 4。
首部长度：4 位首部长度（IHL，Internet Header Length），表现 IP 首部一共有多少个 32 位（4 个字节）。在没有可选字段时，IP 首部长度为 20 个字节，因此首部长度的值为 5。
服务范例：8 位服务范例（TOS，Type of service），该字段被划分成两个子字段：3 位优先级字段（现在已经基本忽略掉了）和 4 位 TOS 字段，末了一位固定为 0。服务范例为 0 时表现一样寻常服务。
总长度：16 位 IP 数据报总长度（Total Length），包括 IP 首部和 IP 数据部分，以字节为单位。我们使用 IP 首部长度和 IP 数据报总长度，就可以知道 IP 数据报中数据内容的起始位置和长度。由于该字段长16bit，所以 IP 数据报最长可达 65535 字节。尽管理论上可以传输长达 65535 字节的 IP 数据报，但实际上还要考虑网络的最大承载能力等因素。
标识：16 位标识（Identification）字段，用来标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加 1。
标志：3 位标志（Flags）字段，
- 第 1 位为保留位；
- 第 2 位表现禁止分片
  - 1：表现不分片，用来cesium接口的 MTU 巨细的，例如以太网就是 1500
  - 0：允许分片；
- 第 3 位标识更多分片（除了数据报的末了一个分片外，其它分片都为 1）
  - 1：表现另有分片，
  - 0：末了一个分片。
片偏移：13 位片偏移（Fragment Offset），在吸收方进行数据报重组时用来标识分片的次序。
生存时间：8 位生存时间字段，TTL（Time To Live）域防止丢失的数据包在无休止的流传，一样寻常被设置为 64 大概 128。
协议：8 位协议（Protocol）范例，表现此数据报所携带上层数据使用的协议范例，ICMP 为 1，TCP为 6，UDP 为 17。
首部校验和：16 位首部校验和（Header Checksum），该字段只校验数据报的首部，不包罗数据部分；校验 IP 数据报头部是否被破坏、窜改和丢失等。
源 IP 地址：32 位源 IP 地址（Source Address），即发送端的 IP 地址，如 192.168.1.123。
目的 IP 地址：32 位目的 IP 地址（Destination Address），即吸收端的 IP 地址，如 192.168.1.102。
可选字段：是数据报中的一个可变长度的可选信息，选项字段以 32bit 为界，不敷时插入值为 0 的填充字节，保证 IP 首部始终是 32bit 的整数倍。

首部校验和

以上内容是对 IP 首部格式的详细阐述，还需要增补的内容是 IP 首部校验和的盘算方法，其盘算步骤
如下：

将 16 位查验和字段置为 0，然后将 IP 首部按照 16 位分成多个单元；
对各个单元采用反码加法运算（即高位溢出位会加到低位，通常的补码运算是直接丢掉溢出的高位）；
此时仍旧可能出现进位的环境，将得到的和再次分成高 16 位和低 16 位进行累加；
末了将得到的和的反码填入校验和字段。

实例分析

实例一

例如，我们使用 IP 协议发送一个 IP 数据报总长度为 60 个字节（有效数据为 40 个字节）的数据包，

发送端 IP 地址为 192.168.1.10，
吸收端 IP 地址为 192.168.1.102，则 IP 首部数据如下

按照上述提到的 IP 首部校验和的方法盘算 IP 首部校验和，即：
0x4500 + 0x003C + 0x0000 + 0x4000 + 0x4001 + 0x0000(盘算时强制置 0) + 0xc0a8 + 0x010a + 0xc0a8 +0x0166 = 0x248FD
0x0002 + 0x48FD = 0x000048FF（此种环境并未出现进位）
0x0000+ 0x48FF= 0x48FF（此种环境并未出现进位）
check_sum = ~0x48FF（按位取反）= 0xb700
分片

一个主机计划发送4000字节的IP数据报（20字节IP首部加上3980字节IP数据区域，假设没有IP数据报首部选项字段），且该数据报必须通过一条MTU为1500字节的以太网链路。这就意味着源始IP数据报中3980字节数据必须被分配为3个独立的数据报分片（此中的每个分片也是一个IP数据报）。假定初始IP数据报贴上的标识号为666，那么

第一个分片的数据报总巨细为1500字节（1480字节数据巨细+20字节IP数据报首部），3 位标志的值为 b001 表现允许分片，而且另有更多分片，分片偏移量为0。
第二个分片的数据报巨细也为1500字节，3 位标志的值为 b001 表现允许分片，而且另有更多分片，分片偏移量为185（185*8=1480）。
第三个分片的数据报巨细为1040（3980-1480-1480+20），3 位标志的值为 b000 表现允许分片，但是没有更多分片，分片偏移量为370（185+185）。

抓包分析

参考

正点原子《开辟者之FPGA开辟指南V3.2》
LwIP应用开辟实战指南—基于STM32

免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！更多信息从访问主页：qidao123.com:ToB企服之家，中国第一个企服评测及商务社交产业平台。

欢迎光临 IT评测·应用市场-qidao123.com (https://dis.qidao123.com/)