IP數(shù)據(jù)報格式

1、IP 數(shù)據(jù)報格式TCP/IP 協(xié)議定義了一個在因特網(wǎng)上傳輸?shù)陌?，稱為 IP 數(shù)據(jù)報 （IP Datagram） 。這是一個與硬件無關(guān)的虛擬包 , 由首 部和數(shù)據(jù)兩部分組成，其格式如圖所示。首部的前一部分是 固定長度，共 20 字節(jié)，是所有 IP 數(shù)據(jù)報必須具有的。在首 部的固定部分的后面是一些可選字段，其長度是可變的。首 部中的源地址和目的地址都是 IP 協(xié)議地址1、IP 數(shù)據(jù)報首部的固定部分中的各字段（1）版本 占 4 位，指 IP 協(xié)議的版本。通信雙方使用的 IP 協(xié)議版本必須一致。目前廣泛使用的 IP 協(xié)議版本號為 4（即 IPv4）。（2）首部長度 占 4 位，可表示的最大十進(jìn)制數(shù)值是

2、 15。請 注意，這個字段所表示數(shù)的單位是 32 位字長（ 1 個 32 位字 長是 4 字節(jié)），因此，當(dāng) IP 的首部長度為 1111 時（即十進(jìn)制 的 15 ），首部長度就達(dá)到 60 字節(jié)。當(dāng) IP 分組的首部長度不 是 4 字節(jié)的整數(shù)倍時，必須利用最后的填充字段加以填充。 因此數(shù)據(jù)部分永遠(yuǎn)在 4 字節(jié)的整數(shù)倍開始，這樣在實現(xiàn) IP 協(xié)議時較為方便。首部長度限制為 60 字節(jié)的缺點是有時可 能不夠用。但這樣做是希望用戶盡量減少開銷。最常用的首 部長度就是 20 字節(jié) （即首部長度為 0101），這時不使用任何 選項。 (我們一般看到的版本和首部長度兩個字段是十六進(jìn)制 45，就是版本號 ve

3、rsion=4,headlength=5, 也就是首部長度是 60 個字節(jié))(3)區(qū)分服務(wù) 占 8 位，用來獲得更好的服務(wù)。這個字段 在舊標(biāo)準(zhǔn)中叫做服務(wù)類型，但實際上一直沒有被使用過。 1998 年 IETF 把這個字段改名為區(qū)分服務(wù) DS(Differentiated Services)。只有在使用區(qū)分服務(wù)時，這個字段才起作用。(4)總長度 總長度指首部和數(shù)據(jù)之和的長度， 單位為字 節(jié)。總長度字段為 16 位，因此數(shù)據(jù)報的最大長度為 216-1=65535 字節(jié)?？梢钥催@個以太網(wǎng) frame 總長為 336 字節(jié)，而 IP 數(shù)據(jù)包Total length = 322, 336- 322 =

4、14 正好是 Ethernet 包頭的長 度，所以就可以看出這 IP 數(shù)據(jù)包總長度一值就是除去 Ethernet頭的剩余長度，也就是 IP包頭加數(shù)據(jù)的長度。在 IP 層下面的每一種數(shù)據(jù)鏈路層都有自己的幀格式， 其 中包括幀格式中的數(shù)據(jù)字段的最大長度，這稱為最大傳送單 元 MTU(Maximum Transfer Unit) 。當(dāng)一個數(shù)據(jù)報封裝成鏈路 層的幀時，此數(shù)據(jù)報的總長度(即首部加上數(shù)據(jù)部分)一定 不能超過下面的數(shù)據(jù)鏈路層的 MTU 值。(5)標(biāo)識(identification)占16位。IP軟件在存儲器中維 持一個計數(shù)器，每產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)報，計數(shù)器就加 1，并將此 值賦給標(biāo)識字段。但這個“

5、標(biāo)識”并不是序號，因為 IP 是無 連接服務(wù)，數(shù)據(jù)報不存在按序接收的問題。當(dāng)數(shù)據(jù)報由于長 度超過網(wǎng)絡(luò)的 MTU 而必須分片時，這個標(biāo)識字段的值就被 復(fù)制到所有的數(shù)據(jù)報的標(biāo)識字段中。相同的標(biāo)識字段的值使 分片后的各數(shù)據(jù)報片最后能正確地重裝成為原來的數(shù)據(jù)報。(6)標(biāo)志(flag) 占3位，但目前只有 2位有意義。標(biāo)志字段中的最低位記為 MF(More Fragment) 。 MF=1 即表示后面“還有分片”的數(shù)據(jù)報。 MF=0 表示這已 是若干數(shù)據(jù)報片中的最后一個。標(biāo)志字段中間的一位記為DF(Don t Fragment),意思是“不能分片” 。只有當(dāng) DF=0 時才允許分片。(7) 片偏移 占

6、13 位。片偏移指出：較長的分組在分片 后，某片在原分組中的相對位置。也就是說，相對用戶數(shù)據(jù) 字段的起點，該片從何處開始。片偏移以 8 個字節(jié)為偏移單 位。這就是說，每個分片的長度一定是 8字節(jié)( 64位)的整 數(shù)倍。(8) 生存時間 占 8 位，生存時間字段常用的的英文縮寫 是 TTL(Time To Live) ，表明是數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中的壽命。由發(fā) 出數(shù)據(jù)報的源點設(shè)置這個字段。其目的是防止無法交付的數(shù)據(jù)報無限制地在因特網(wǎng)中兜圈子，因而白白消耗網(wǎng)絡(luò)資源。 最初的設(shè)計是以秒作為 TTL 的單位。每經(jīng)過一個路由器時， 就把 TTL 減去數(shù)據(jù)報在路由器消耗掉的一段時間。 若數(shù)據(jù)報 在路由器消耗的時間

7、小于 1秒，就把 TTL 值減 1。當(dāng) TTL 值為 0 時，就丟棄這個數(shù)據(jù)報。TTL 通常是 32 或者 64，scapy 中默認(rèn)是 64(9)協(xié)議 占 8 位，協(xié)議字段指出此數(shù)據(jù)報攜帶的數(shù)據(jù)是 使用何種協(xié)議， 以便使目的主機的 IP 層知道應(yīng)將數(shù)據(jù)部分上 交給哪個處理過程。 (在 scapy 中，下層的這個 protocol 一般 可以從上曾繼承而來，自動填充，我們一般可以省略不填此 項)(10) 首部檢驗和 占 16 位。這個字段只檢驗數(shù)據(jù)報的首 部，但不包括數(shù)據(jù)部分。 這是因為數(shù)據(jù)報每經(jīng)過一個路由器， 路由器都要重新計算一下首部檢驗和(一些字段，如生存時 間、標(biāo)志、片偏移等都可能發(fā)生變

8、化) 。不檢驗數(shù)據(jù)部分可 減少計算的工作量。(11) 源地址 占 32 位。(12) 目的地址 占 32 位。2、IP 數(shù)據(jù)報首部的可變部分IP 首部的可變部分就是一個可選字段。 選項字段用來支持排 錯、測量以及安全等措施， 內(nèi)容很豐富。 此字段的長度可變， 從 1 個字節(jié)到 40 個字節(jié)不等，取決于所選擇的項目。某些 選項項目只需要 1 個字節(jié)，它只包括 1 個字節(jié)的選項代碼。 但還有些選項需要多個字節(jié)，這些選項一個個拼接起來，中 間不需要有分隔符，最后用全 0 的填充字段補齊成為 4 字節(jié) 的整數(shù)倍。增加首部的可變部分是為了增加 IP 數(shù)據(jù)報的功能， 但這 同時也使得 IP 數(shù)據(jù)報的首部長

9、度成為可變的。 這就增加了每 一個路由器處理數(shù)據(jù)報的開銷。實際上這些選項很少被使 用。新的IP版本IPv6就將IP數(shù)據(jù)報的首部長度做成固定的。目前，這些任選項定義如下：（1） 安全和處理限制（用于軍事領(lǐng)域）（2） 記錄路徑（讓每個路由器都記下它的IP 地址）（3） 時間戳（讓每個路由器都記下它的 IP 地址和時間）（4） 寬松的源站路由（為數(shù)據(jù)報指定一系列必須經(jīng)過的 IP 地址）（5） 嚴(yán)格的源站路由（與寬松的源站路由類似，但是 要求只能經(jīng)過指定的這些地址，不能經(jīng)過其他的地址）這些選項很少被使用，并非所有主機和路由器都支持這 些選項。附： scapy 中的 IP 層實現(xiàn)：各個參數(shù)對應(yīng)的非常清楚

10、，我們 經(jīng)常關(guān)心的可能是 ttl,proto,src,dst 等等 ls(IP) version : BitField = (4) ihl : BitField = (None) tos : XByteField = (0) len : ShortField = (None) id : ShortField = (1) flags : FlagsField = (0) frag : BitField = (0) ttl : ByteField = (64) proto : ByteEnumField = (0) chksum : XShortField = (None) src : Emph = (None) dst : Emph = (127.0.0.1) options : IPoptions