TCP，IP详解，卷一：协议学习笔记之第三章IP：网际协议


1，IP是TCP/IP协议中最为核心的协议，其提供不可靠，无连接的数据报传送。

1》不可靠:它不能保证IP数据报能成功地到达目的地。

2》无连接：IP不维护任何关于后续数据报的状态信息。

2，IP首部：



1》版本号：目前协议版本号为4，因此IP有时也称作IPv4.

2》首部长度：首部站32位字节的数目，包括任何选项，最小为5*4=20字节，最大为（2^4-1）*4=60字节。

3》服务类型（TOS）字段包括3bit的优先权字段（现在已被忽略）。4bit的TOS子字段（最小延时，最大吞吐量，最高可靠性和最小费用）和1bit未用位但必须设置为0。

4》总长度字段是指整个IP数据包的长度，以字节为单位。由于该字段长为16bit，所以数据报最长可达65535字节（MUT）。尽管以太网最小帧长为46字节，但是IP数据可能会更短。如果没有总长度字段，那么IP层就不知道46字节中有多少是IP数据报内容。

5》TTL生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。即数据报的生存时间。

6》8位协议1表示ICMP，2表示IGMP，6表示TCP协议，17表示UDP协议。

7》首部检验和字段是根据IP首部计算的校验和码。《ICP/IP详解在，卷1：协议》中是这样描述的：

这一段说明的算法如下：



IP/ICMP/IGMP/TCP/UDP等协议的校验和算法都是相同的，算法如下：

在发送数据时，为了计算数IP据报的校验和。应该按如下步骤：

（1）把IP数据报的首部校验和字段都置为0。

（2）把首部看成以16位为单位的数字组成，依次进行二进制反码求和。

（3）把得到的结果存入校验和字段中。

在接收数据时，计算数据报的校验和相对简单，按如下步骤：

（1）当接收IP包时，需要对报头进行确认，检查IP头是否有误，算法同上2、3步，然后判断取反的结果是否为0，是则正确，否则有错。

1、发送方

　　i)将校验和字段置为0,然后将IP包头按16比特分成多个单元，如包头长度不是16比特的倍数，则用0比特填充到16比特的倍数；

　　ii)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),将得到的和的反码填入校验和字段；

　　iii)发送数据包。

2、接收方

　　i)将IP包头按16比特分成多个单元，如包头长度不是16比特的倍数，则用0比特填充到16比特的倍数；

　　ii)对各个单元采用反码加法运算，检查得到的和是否符合是全1(有的实现可能对得到的和会取反码，然后判断最终值是不是全0)；

iii)如果是全1则进行下步处理,否则意味着包已变化从而丢弃之。需要强调的是反码和是采用高位溢出加到低位的，如3比特的反码和运算：100b+101b=010b(因为100b+101b=1001b,高位溢出1，其应该加到低位，即001b+1b(高位溢出位)=010b)。

　1.实例

请看我用ominipeek的抓包



I.将校验和字段置为0,然后将IP包头按16比特分成多个

校验和Header Checksum：0x618D将其重置为0X0000

将IP包头分段：

　　　　　　　　1.　　0x4500

　　　　　　　　2.　　0x0029

　　　　　　　　3.　　0x44F1

　　　　　　　　4.　　0x4000

　　　　　　　　5.　　0x8006

　　　　　　　　6.　　0x0000 ------->这个为Header Checksum的值，我们前面将其重置为0了

　　　　　　　　7.　　0xC0A8

　　　　　　　　8.　　0x01AE

　　　　　　　　9.　　0x4A7D

+　　　　　　　10.　　0x477D

-------------------------------------------------------

将1至10相加求出来的和为：0x29E70

II.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),将得到的和的反码填入校验和字段

0x0002+0x9E70=0x9E72

0x9E72二进制为：1001 1110 0111 0010

反码为：0110 0001 1000 1101

0110 0001 1000 1101的16进制为：0x618D

看看这个 是否与IP包头中的Checksum相同

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当接收到IP对其进行检测

III.对各个单元采用反码加法运算，检查得到的和是否符合是全1(有的实现可能对得到的和会取反码，然后判断最终值是不是全0)

当收到IP数据局包的时候，要验证IP头是否正确，则可以这样进行

　　　　　　　　1.　　0x4500

　　　　　　　　2.　　0x0029

　　　　　　　　3.　　0x44F1

　　　　　　　　4.　　0x4000

　　　　　　　　5.　　0x8006

　　　　　　　　6.　　0x618D ------->这个为Header Checksum的值

　　　　　　　　7.　　0xC0A8

　　　　　　　　8.　　0x01AE

　　　　　　　　9.　　0x4A7D

+　　　　　　　10.　　0x477D

-------------------------------------------------------

将1至10相加求出来的和为：0x2FFD

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),将得到的和的反码填入校验和字段：

0x0002+0x0FFD=0xFFFF

0xFFFF二进制为：1111 1111 1111 1111

1111 1111 1111 1111反码为：0

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关于这一部的补充说明，

将IP包头分段：

　　　　　　　　1.　　0x4500

　　　　　　　　2.　　0x0029

　　　　　　　　3.　　0x44F1

　　　　　　　　4.　　0x4000

　　　　　　　　5.　　0x8006

　　　　　　　　6.　　0x0000 ------->这个为Header Checksum的值，我们前面将其重置为0了

　　　　　　　　7.　　0xC0A8

　　　　　　　　8.　　0x01AE

　　　　　　　　9.　　0x4A7D

+　　　　　　　10.　　0x477D

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3，IP路由选择

当一个IP数据包准备好了的时候，IP数据包（或者说是路由器）是如何将数据包送到目的地的呢？它是怎么选择一个合适的路径来"送货"的呢？ 最特殊的情况是目的主机和主机直连，那么主机根本不用寻找路由，直接把数据传递过去就可以了。至于是怎么直接传递的，这就要靠ARP协议了。 稍微一般一点的情况是，主机通过若干个路由器(router)和目的主机连接。那么路由器就要通过ip包的信息来为ip包寻找到一个合适的目标来进行传递，比如合适的主机，或者合适的路由。路由器或者主机将会用如下的方式来处理某一个IP数据包

1》. 如果IP数据包的TTL（生命周期）以到，则该IP数据包就被抛弃。

2.》 搜索路由表，优先搜索匹配主机，如果能找到和IP地址完全一致的目标主机，则将该包发向目标主机

3》. 搜索路由表，如果匹配主机失败，则匹配同子网的路由器，这需要“子网掩码(1.3.)”的协助。如果找到路由器，则将该包发向路由器。

4》. 搜索路由表，如果匹配同子网路由器失败，则匹配同网号（第一章有讲解）路由器，如果找到路由器，则将该包发向路由器。

5》. 搜索陆游表，如果以上都失败了，就搜索默认路由，如果默认路由存在，则发包

6》. 如果都失败了，就丢掉这个包。

4，子网寻址

现在所有的主机都要求支持子网编址。不是把IP地址看成有单纯的一个网络号和一个主机号组成，而是把主机号再分成一个子网号和一个主机号。

与30个C类地址相比，用一个包含30个子网的B类地址的好处是，它可以缩小Internet路由表的规模。

5，子网掩码

子网掩码是一个32bit值，其中值为1的比特留给网络号和子网号，为0的比特留给主机号。

如果知道了本机IP地址，那么就知道了它是否属于A类，B类或C类（从IP地址的最高位可以知道，128,192,224,240），也就知道网络号和子网号之间的分界。而根据子网掩码就知道了网络号和主机号之间的分界线。