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2023-10-11 23:24:20 +08:00
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31
9.计算机网络/9.2.3.1IP协议.md
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@@ -1,12 +1,12 @@
# IP协议
# IP 协议
> Author: 柏喵樱
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## IP 协议数据包结构
IP 协议是网络层最主要的协议，几乎所有的上层数据包都需要IP协议的承载，我们网络层的第一块内容将从 IP 协议讲起。
IP 协议是网络层最主要的协议，几乎所有的上层数据包都需要 IP 协议的承载，我们网络层的第一块内容将从 IP 协议讲起。
下图展示了 IP 协议的报文头部格式，这张图每行代表 32 个 bit，也就是 4 个字节（byte）。如果不计算 Options 这种可选项的话，IP 协议的报头长度为 20 个字节。
@@ -30,13 +30,14 @@ IP 协议是网络层最主要的协议，几乎所有的上层数据包都需
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Example Internet Datagram Header
</pre>
## 版本
第一个字段是IP协议版本号，用于标识IPv4和IPv6两个版本，这两个版本的报文格式是不同的。上图展示的是 IPv4 的报文格式
第一个字段是 IP 协议版本号，用于标识 IPv4 和 IPv6 两个版本，这两个版本的报文格式是不同的。上图展示的是 IPv4 的报文格式
## IHL（Internet Header Length）
## IHL (Internet Header Length)
就是IP协议的头部部分的长度，单位是 4byte，由于 IP 头一般长度为 20byte，所以这个值一般为 5。如果存在Options字段，这个值会相应增加。
就是 IP 协议的头部部分的长度，单位是 4byte，由于 IP 头一般长度为 20byte，所以这个值一般为 5。如果存在 Options 字段，这个值会相应增加。
## Type of Service
@@ -46,7 +47,7 @@ IP 协议是网络层最主要的协议，几乎所有的上层数据包都需
Total Length 很好理解就是包括 IP 头在内的 IP 报文的总长度，报文长度上限就是 MTU。
## Identification & Flags & Fragment Offset
## Identification & Flags & Fragment Offset
这三个字段放在一起讲，他们都是用于控制分片的。
@@ -61,17 +62,17 @@ Total Length 很好理解就是包括 IP 头在内的 IP 报文的总长度，
对于第二个问题，引入了 Fragment Offset（分片偏移量），他的单位是 byte，用于标识这一个分片的数据，是从原来超长负载的哪个位置开始的。比如对于一个长度为 5000 bytes 的负载，他的几个分片的 Fragment Offset 依次为 0,1480,2960,4440。在收到数据后，服务器只需要按照这个字段重新组装即可。
对于第一个问题，引入了 Flags（标志位）, Flags 里有三个 Flag，其中最后一位的意义是“后面还有更多分片“，这就相当于告诉服务器，你要继续等待接收其他分片。而当最后的分片抵达时，服务器在知道这是最后的分片的同时，他也能从这个分片的 Fragment Offset里得知前面应该有多少数据，如果缺失，服务器也能继续等待接收。
对于第一个问题，引入了 Flags（标志位）, Flags 里有三个 Flag，其中最后一位的意义是“后面还有更多分片“，这就相当于告诉服务器，你要继续等待接收其他分片。而当最后的分片抵达时，服务器在知道这是最后的分片的同时，他也能从这个分片的 Fragment Offset 里得知前面应该有多少数据，如果缺失，服务器也能继续等待接收。
关于Flags的其他两位，最高位是目前保留不使用，永远为0。后面那位的意义是不要分片，这一般是不设置的，他这句话是对传输过程中的路由设备讲的，因为如果途径 MTU 低于当前包长度的链路可能会进行二次分片。如果设置了这个 Flag，转发时再碰到 MTU 低的链路这种包会被直接丢弃同时返回一个 ICMP 包告诉源IP地址的设备发生了什么。
关于 Flags 的其他两位，最高位是目前保留不使用，永远为 0。后面那位的意义是不要分片，这一般是不设置的，他这句话是对传输过程中的路由设备讲的，因为如果途径 MTU 低于当前包长度的链路可能会进行二次分片。如果设置了这个 Flag，转发时再碰到 MTU 低的链路这种包会被直接丢弃同时返回一个 ICMP 包告诉源 IP 地址的设备发生了什么。
## TTL(Time To Live)
TTL 是一个unsigned int，代表数据包的剩余生存时间，指的是数据包在互联网中还能转发多少时间，单位是秒。
TTL 是一个 unsigned int，代表数据包的剩余生存时间，指的是数据包在互联网中还能转发多少时间，单位是秒。
虽然单位是秒，但是一般情况下转发耗时是远远低于一秒的，根据 IP 协议的规定，无论转发耗时多少，TTL 应当至少 -1，所以在实践中 TTL 往往指的是转发了几次。
一般发往互联网的数据包初始 TTL 为 64 或 128，你可以试试 ping 命令，他会显示一个TTL，这是对面服务器回复的包到自己的设备的时候的 TTL。
一般发往互联网的数据包初始 TTL 为 64 或 128，你可以试试 ping 命令，他会显示一个 TTL，这是对面服务器回复的包到自己的设备的时候的 TTL。
```powershell
PS C:\Users\bs> ping baidu.com
@@ -107,7 +108,7 @@ PS C:\Users\bs> ping baidu.com -i 2
traceroute 就是利用这个性质来实现的，通过从 0 开始遍历 TTL 的方式，可以拿到转发过程中的所有路由器的 ICMP 回复，从这些回复中可以读取到这些路由器的 IP。
当然 traceroute 不是万能的，真实互联网中广泛存在拦截，不响应 ，改写等等行为，会导致 traceroute 产生丢失或者藏跳等等比较迷惑的结果。
当然 traceroute 不是万能的，真实互联网中广泛存在拦截，不响应，改写等等行为，会导致 traceroute 产生丢失或者藏跳等等比较迷惑的结果。
```powershell
PS C:\Users\bs> TRACERT.EXE bilibili.com
@@ -164,8 +165,7 @@ PS C:\Users\bs> TRACERT.EXE bilibili.com
注意，由于 TTL 在每次转发中都会改变，所以实际上，每次转发都会重新计算校验和。
## IP地址
## IP 地址
正如上图的 `Source Address` 和 `Destination Address` 字段所展示的一样，一个 IP 地址占用 4 byte 的存储空间。在书面的写法上，我们用 `.` 将每一个 byte 分割开，例如 `1.1.1.1` 这样更便于人类处理和分类。
@@ -177,9 +177,8 @@ PS C:\Users\bs> TRACERT.EXE bilibili.com
可选参数（Options）比较繁琐，一般没啥用，有兴趣的可以看看下面参考资料中 RFC 791 对此的描述。
## 参考资料
- [RFC 791 - Internet Protocol (ietf.org)](https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc791)
- [Reserved IP addresses - Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/Reserved_IP_addresses)
- [List of IP protocol numbers - Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_IP_protocol_numbers)
- [List of IP protocol numbers - Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_IP_protocol_numbers)