[网络协议]互联网协议第四版ipv4

互联网协议第四版IPv4

概述

• ipv4协议作用：通信过程的搬运工，复杂在设备之间携带数据。
• 路由器的作用：将两个局域网连起来。互联网就是无数局域网和路由器组成的集合

Ipv4地址

• 32位的地址，用来唯一标识连接到网络的设备，每8个二进制位为一组，可以把每组的8个二进制为转化为对应的十进制位。如11000000 10101000 00000000 00000001可以写成192.168.0.1

• 每个ip地址都包含两部分：网络地址和主机地址。

  网络地址：用来标识设备所连接到的局域网（就是这个主机处在哪个网段）

  主机地址：用来标识这个网络中的设备本身（在这个网段中，这个主机是第几号）

  划分主机地址和网络地址：子网掩码

• 子网掩码：32位，使用1的部分标识网络地址，使用0的部分表示主机地址

  IP地址：10.10.1.22

  二进制：00001010 00001010 00000001 00010110

  子网掩码：11111111 11111111 00000000 00000000（255.255.0.0）

  子网掩码中1的部分位网络地址，0的部分为主机地址，那么这里10.10.0.0为网络地址，0.0.1.22为主机地址

  为了简便，IP地址和子网掩码也可以写成CIDR形式，也就是一个完整的IP地址后加一个/，斜杠右边表示网络部分的位数。本例可以写为10.10.1.22/16

IPv4头

• 版本号：ip所使用的版本

• 首部长度：IP头的长度

• 服务类型：优先级标志位和服务类型的标志位，被路由器用来进行流量的优先排序

• 总长度：IP头与数据包中的数据的长度

• 标识符：一个唯一的标识数字，用来识别一个数据报或者被分片数据报的次序

• 标识：用来标识一个数据包是否是一组分片数据包的一部分

• 分片偏移：一个数据包是一个分片，这个域中的值就会被用来将数据据包以正确的顺序重新组装

• 存活时间：用来定义数据包的生存周期，以经过路由器的跳数/秒数进行描述

• 协议：用来标识在数据包序列中上层协议数据包的类型

• 首部校验和：一个错误检测机制，用来确认IP 头的内容没有被损坏或者篡改

• 源IP地址：发出数据包的主机IP地址

• 目的IP地址：数据包目的地的IP地址

• 选项：保留作额外的IP选项。它包含着源站选路和时间戳的一些选项

• 数据：使用IP传递的实际数据

ICMP数据包中的IP数据包
Internet Protocol Version 4, Src: 192.168.3.113, Dst: 110.242.68.1
版本号   
	0100 .... = Version: 4
首部长度    
	.... 0101 = Header Length: 20 bytes (5)
服务类型    
	Differentiated Services Field: 0x00 (DSCP: CS0, ECN: Not-ECT)
总长度    
	Total Length: 60
标识符    
	Identification: 0xd843 (55363)
标识   
	Flags: 0x0000
分片偏移    
	Fragment offset: 0
生存时间    
	Time to live: 128
上层协议    
	Protocol: ICMP (1)
首部校验和    
	Header checksum: 0x0000 [validation disabled]
    [Header checksum status: Unverified]
源地址   
	Source: 192.168.3.113
目的地址    
	Destination: 110.242.68.1

IPv4数据报存活时间TTL

• 定义了在该数据包被丢弃之前所能经历的时间，或者能够经过的最大路由数目。

• TTL通常在创建时就会被定义，每次被发往一个路由器的时候就减1。

  比如一个数据包的TTL=2，每经过一个路由器，TTL=TTL-1，如果TTL=0时包还没有到目的地址，就会把这个包丢弃（只是通常情况下-1，在繁忙的路由去上也可能-2）

• 为什么要定义TTL值？从源地址到目的地址的过程中，可能会路过配置错误的路由器，有可能会出现数据包在路由器之间循环转发的情况，如果循环的数据包过多就会造成带宽减少，甚至出现拒绝服务（DoS）情况的出现。使用TTL就可以防止这个潜在的问题出现。

IP分片

• 数据分片将一个数据流分为更小的片段，他是IP用于解决跨越不同类型网络时可靠传输的一个特性

• 分片主要是基于数据链路层协议所使用的最大传输单元MTU的大小以及数据链路层的设备配置情况，一般情况下，第二层使用的链路层协议是以太网，默认MTU=1500，也就是说，以太网的网络上所能传的最大报文的大小是1500字节（不包括14字节的以太网头）

• 准备传输一个IP数据包的时候，会比较数据包的大小和MTU的大小决定是否分片，如果数据包大小>MTU就会分片

  分片步骤
  （1）设备将数据分为若干个将要接下来进行传输的数据包
  （2）每个IP头的总长度字段会被设置为每个分片的片段长度
  （3）除了最后一个分片数据包外，之前所有分片数据包的标志位都被表示为1
  （4）IP头中分片部分的分片偏移将会被设置
  （5）数据包被发送出去
  

• IP分片真的好少见，我抓了五万多个包，愣是没发现有Fragment offset的值不是0的。