一、IP包概述
1.网络层传输单元
-
报文/IP包/包：由IP包头 + 上两层数据构成
-
图示：（图中单位为bit）
2.IP包头格式
- IP包头长度是可变的：最小长度为20，最大长度为60，但是大部分我们在网络中抓到的IP包头都是20个字节（可选项一般不会轻易被使用）。所以不管怎么样IP包头的前20字节是一定存在的
-
版本：占4bit；一般为0100和0110表示这个报文属于ipv4版本还是ipv6版本
-
首部长度：占4bit；表示IP包头一共有多少个字节。
地位很重要：由于IP包头的长度是可变的，那么计算机在处理2进制时，是区分不了哪几位表示什么含义的，比如我们规定帧头为14字节长度，那么当计算机处理完前14字节长度后就知道帧头处理完了，该处理IP包头了，那么我们必须要告诉计算机IP包头的长度，让计算机知道IP包头是哪几位，处理完就该处理TCP/UDP头了
4位全为1也才等于15，但是IP包头的长度范围为20-60字节，这不足以表示，那这个是怎么计算的呢？
4位的每一位表示32bit即4字节，比如0001转化为十进制为1，由于每一位表示4字节，所以还要
1*4=4，故如果首部长度为0001则，表示长度为4字节。同理：首部长度一般为0101，1*4 + 4*4 = 20，故0101表示首部长度为20字节（即IP包头最小长度）；若首部长度为1111，1*4 + 2*4 + 4*4 + 8*4 = 60，则表示IP包头的最大长度60字节 -
优先级与服务类型：优先级占3bit，服务类型占4bit，最后一位保留还未启用；优先级表示所在帧在网络传输过程中的优先级；服务类型表示所在帧属于什么业务的数据需要使用什么服务类型。说白了8位就是起到了标识的作用（在默认情况下这几位都是0）
优先级举例：比如小白在运营商那多交了钱，让自己的网速快一些，那么每次运营商路由器那收到来自小白的数据，就会通过一些技术把优先级这几位+1/+2/+3等操作，那么当数据到达下一个控制网速的设备，本来应该所有数据到了以后排队处理转发，但是收到了小白的数据，一看这个优先级高一些，就会让小白的数据从快速通道走
服务类型举例：比如现在上海的公司和北京的分公司之间要有视频通信功能，正常来说一般都是买网络宽带，走互联网建立连接但是很慢，现在公司有钱的话可以购买专线，从上海直接连到北京，那么这条专线上就只会运输公司内部的一些业务所需要的信息，比如传文件、视频通信等公司业务。如果公司内视频业务很重要，那么就要告诉运营商，让运营商在专线的接入设备上记录这些业务的优先级，这属于优先级；除此之外专线的服务类型有低延迟服务类型、高通道服务类型，视频业务更需要低延迟，那么运营商就可以在设备上把视频业务标记到低延迟服务类型中去，那么当视频类型的数据流经专线接入设备，设备一看服务类型就不对该数据做过多的处理，直接从专线转发走了
-
总长度：占16bit；表示整个报文的总长度
为什么要记录报文的总长度，因为帧头帧尾最大的运载数据大小为1500字节，假如现在有大于1500字节的数据，那么就要对报文分片，分成一组一组的，最后这一大段的报文被分成小段小段的分片封装成帧，在网络中传输，最终不按先后次序的到达，如果不记录总长度，那么接收方就无法得知数据有没有传输完整，会不会有几个分片丢了，所以要记录一下报文的总长度，最后全部到达再进行组装。理解详见二、IP分片
-
段偏移量：占13bit；表示该分片属于第几个分片，记录分片的先后顺序，确保组装分片时顺序不会错乱；大小只有1480、1480的倍数、0
理解详见二、IP分片
-
标识符：占16bit；在报文进行IP分片后，标识同一报文的所有分片。最终接收方收到很多帧，根据标识符得知哪些分片属于同一个报文
-
标志：占3bit，其中第一个bit位未被启用永远为0；第二bit如果为0表示报文进行了分片，如果为1表示报文未进行分片；最后一个bit为1时表示不是最后一个分片，为0表示是最后一个分片。即如果标志位010那么标识符和段偏移量都为0
-
TTL：占8bit；time to live生存时间，该字段指定IP包被路由器丢弃之前允许通过的最大网段数量；TTL的作用为防止数据包在网络中永久的循环（范围0-255）；且可以根据TTL得知下一跳是哪个设备，或者可以检测传输中哪一台设备出问题了，或者是否出现环路
即如果TTL值为5，那么帧进过第一个路由器（第一个经过的肯定是网关），则路由器会将IP包头中的TTL值减1，再经过网络中下一个路由器，再减1，知道最后经过一个路由器将TTL值减为0，那么再下一个路由器收到帧后解封装获取到TTL的值为0，那么就会将帧丢弃，不再转发。
一般ping对方，通过对方给我的回包中显式的TTL值可以判断对方主机属于什么操作系统：一般TTL小于100的，主机的操作系统为linux；一般大于100的为windows系统；为255则表示为网络设备
-
协议号：占8bit；识别上层协议：如果为6表示数据是使用二层的TCP协议传输到三层，那么接收方解封装或者去协议号为6后需要将数据传给上层的TCP协议处理；如果是17表示传给UDP；如果是1往同层的ICMP协议走。（与帧头中
类型比较像：类型为0x0800表示要传给三层的IP协议；类型为0x0806表示要传给三层的ARP协议）总结：6–TCP；17–UDP；1–ICMP
-
首部校验和：占16bit；用于校验IP包头（20字节-60字节）的完整性（和FCS类似）
-
源地址和目标地址：各占32bit
-
可选项：有时候会被启用有时候不会，要看具体情况。
这里举两个启用的情况，比如：我们ping一个服务器，最后服务器给我们的回包中带有服务器的TTL值，想一想假设服务器的TTL值为53，经过几个路由器传到我主机上，那么TTL的值会减少，那么最后主机上是如何得到服务器最初设定的TTL值的，所以有些设备发包会将TTL的值记录在可选项中；还有比如说我们要对一些内容进行加密，路由器是无法获取的，那么可以讲密钥等一些信息放到可选项供路由器解密使用
二、IP分片
1.为什么需要分片
- 上三层的数据长度超过1500字节时，由于帧头帧尾之间最大运载量MTU为1500，那么这段数据靠一个帧是无法运输的，所以需要对报文按一定要求分组，再封装到多个帧进行运输，这项技术即为IP分片技术
2.如何分片
-
图示：
-
过程说明：
-
现在5层需要传输的数据大小为4000字节，传到4层封装TCP或UDP头20字节（这里全部假设为最小长度，因为TCP/UDP头也是可变的），传到三层封装IP包头20字节，目前上三层数据的大小为4040字节，根据国家规定的MTU值判断超过了帧头帧尾的运载能力，所以需要对上三层数据进行分片
不能直接平均分，不然分出来只有第一组包含了IP包头部分和TCP/UDP头，那么剩下后面的分组中只有5层数据，在网络传输过程中，路由器等设备发现帧中没有IP包头等信息，就会丢弃，无法传输
-
先根据帧的MTU值（最大运载量，中国大部分设备默认为1500）计算应将报文分成几个分片：将报文除去IP包头剩下的部分分成几等分可以满足运送需求，此例4020分成3部分即可（组数：上两层数据大小除以1480向下取整）
-
按照计算的分片片数，再将报文的IP包头（20字节）复制三份，分别作为这三个分片的IP包头，但是为了记录先后顺序，第一个分片的IP包头的段偏移量和标志分别设为0、001，第二个分别为1480、001，第三个分别为2960、000。最后接收方组装的时候会按照偏移量顺序组装（即三个复制的IP包头除了段偏移量不同，以及最后一个分片的标志的最后一bit为0，其它分片的为1外，其他部分相同
-
然后将上两层数据进行IP分片，第一组大小为1480，拼接到第一个IP包头（20字节）后面组装成第一个分片；第二组大小为1480，拼接到第二个IP包头（20字节）后；第三组大小为1060，拼接到第三个IP包头（20字节）后组成第三个分片。
-
最后这三个分片会封装成帧，传给数据链路层和网络层，再经过网络不分先后的传输到对方主机解封装，在网络层根据IP包头中的标识符将来自同一个报文的分片分到一起，再通过段偏移量按照先后顺序组装成完整的报文，再解封装运送到上层去
-
三、IP包相关攻击防御
1.泪滴攻击
- ddos攻击的一种，泪滴攻击通过不断向攻击方发送伪造的、损坏的IP包，使对方永远无法将报文组装成功，会因为不断的组装–失败–组装–失败–组装–失败…最终CPU负载过高死机。虽然现在已经修复了这个漏洞，但是泪滴攻击依然存在。因为现在组装失败后就会丢弃，但是如果不断的大量的多攻击方的对一个目标攻击，那么这台机器的CPU就会一直处理组装报文，导致CPU会浪费时间处理不相干的工作
2.泪滴攻击的防御
- 开启防火墙，防火墙会先试着组装，如果组装失败就丢弃，那么主机就不会花时间处理；但是也是相对的，通过不断的攻击会将防火墙的出口的带宽占满、将防火墙CPU内存占满，此时就需要请运营商对防火墙进行流量清洗：运营商会先于防火墙阻拦组装失败的分片
- 现在有防御的手段，比如将分片交给第五层来做，即应用软件来对数据进行分片，即将数据分为1460字节每片（假设按照最小的字节大小添加TCP/UDP头和IP包头），传到四层加20字节TCP/UDP头，再传到三层加20字节，刚好1500字节，则无需进行分片，则IP包头总中标志为010。直接传给数据链路层。那么按照此原理，只要防火墙设置为防止伪造的报文（标志为000或者001）的报文通过即可。但是软件的负担会加大
9014
扫一扫
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
