IP头部封装格式

IP头部封装格式

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  1. Version(版本4bit)

    版本4bit,表示IP报文的版本信息

    • 0x6--ipv6 0110

    • 0x4--ipv4 0100

  2. IHL(包头部长度4bit)

    IP Header Length 表示IP包的头部长度

    因为IP报头不固定,所以要说明IP报头的长度

    • IP头部长度不固定,但是必须为4的倍数

    • 包头部长度字段的值*4=包头部的字节数

    • 全为1-->15行 IP报头最长-60字节,默认5->20字节

  3. Type of service(ToS域8bit)

    默认用3位 0~7

    表示报文在QoS中的服务等级,用于区分报文转发的优先级

    • 默认数据包先来先处理,要优先保证某些数据包转发-->OoS

  4. Total length(数据包总长度16bit)

    总长度 IP报头+数据

    • 表示整个IP报文(头部和载荷数据)长度,最大长度2^16=65536字节

    • 总长度-IHL(报头长度)=数据长度

  5. Identification(标识符16bit)

    重组 网络ID--标识符

    标识符,用于标识某个分片来自哪个数据包

    传输层数据段--网络层分片-->标识数据包属于哪个数据段

  6. Flags(标志3bit)

    • 第一位 保留 -- 无意义

    • 中继两位 标识数据包是否禁止分片(DF)

      • 0关闭 -- 允许分片

      • 1开启 -- 超过MTU值-->直接丢(探测沿途MTU值可以用)

    • 末位 标识是否为最后一个分片(MF)more

      • 0最后一个 -- 可以进行重组

      • 1后面还有

  7. Fragment offset(分片偏移13bit)

    重组 先后顺序

    • 分片偏移,描述分片在数据段中的位置

    • 只知道标识--不知道先后顺序--通过片偏移知道要偏移多少位

  8. Time to Live(存活时间8bit)TTL

    • 当IP包在一个网络中运动时,每经过一台三层设备就会被改写该字段就会被路由器减1,减至0则会被直接丢弃

    • 如果没有TTL机制,网络中存在环路时IP报文会无限循环消耗大量网络资源

    • 解封装--重新封装--改写TTL-1

  9. Protocol(协议8bit)

    用于标识上层协议

    • 0x01-ICMP

    • 0x02-IGMP

    • 0x11-UDP 17

    • 0x06-TCP 6

    • 0x59-OSPF 89

  10. Header Checksum(头部校验和16bit)

    头部校验序列,用于头部信息差错校验

    类似以太网帧结构中的FCS字段(CRC字段)

  11. Source Address(源IP地址32bit)

    源IP地址,产生并发送该IP报文的设备接口IP地址

  12. Destination Address(目的IP地址32bit)

    目的IP地址,该IP报文的目的接口的IP地址

  13. Options(选项/长度填充)

    字段长度可变,添加选项后报文头部不是4字节的整数倍则必须再填充一些0,保证整个报文的头部长度刚好是4字节的整数倍

    特殊的需求,特殊的标签

  14. Padding填充

    填充,包的总长度必须是4的倍数--给Options补全4个字节

IP协议头部IP数据包的重要组成部分,负责存储与数据传输相关的关键信息。IPv4头部结构是可变长度的,最长可达60字节(4字节的倍数)。以下是对IP协议头部主要字段的详细解析: ### 版本号(Version) - **长度**:4位 - **作用**:标识IP协议的版本。当前最常用的版本是IPv4(值为4)和IPv6(值为6)[^3]。 ### 首部长度(Internet Header Length, IHL) - **长度**:4位 - **作用**:表示IP头部的长度,单位为4字节(32位)。由于该字段为4位,因此最大值为15(即15×4=60字节)。如果头部没有选项字段,则长度为5(即5×4=20字节)[^3]。 ### 服务类型(Type of Service, TOS) - **长度**:8位 - **作用**:用于指定数据包的优先级和服务质量。其中前3位已被弃用,仅后4位有效,每一位表示不同的服务质量要求。例如,某位设为1可能表示最低延迟、最高吞吐量或最高可靠性等。最后1位为保留位,必须设为0[^3]。 ### 总长度(Total Length) - **长度**:16位 - **作用**:指示整个IP数据包的长度(包括头部和数据部分),单位为字节。因此,IP数据包的最大长度为65535字节(2^16 - 1)。 ### 标识符(Identification) - **长度**:16位 - **作用**:用于唯一标识主机发送的每一个数据包。当数据包被分片时,该字段用于标识属于同一个原始数据包的分片。 ### 标志(Flags) - **长度**:3位 - **作用**:用于控制数据包是否允许分片。其中第2位表示“是否允许分片”(DF位),第3位表示“是否还有后续分片”(MF位)。 ### 片偏移(Fragment Offset) - **长度**:13位 - **作用**:指示该分片在原始数据包中的位置,单位为8字节。用于接收端重组数据包。 ### 生存时间(Time to Live, TTL) - **长度**:8位 - **作用**:限制数据包在网络中的跳数(hop count)。每经过一个路由器,TTL值减1,当TTL为0时丢弃数据包并发送ICMP超时消息。用于防止数据包在网络中无限循环。 ### 协议(Protocol) - **长度**:8位 - **作用**:标识IP数据包中封装的上层协议类型。例如,ICMP为1,IGMP为2,TCP为6,UDP为17[^2]。 ### 首部校验和(Header Checksum) - **长度**:16位 - **作用**:用于校验IP头部的完整性。校验失败时,数据包将被丢弃。该字段仅校验头部,不包括数据部分。 ### 源IP地址(Source IP Address) - **长度**:32位(IPv4)或128位(IPv6) - **作用**:标识发送数据包的主机的IP地址。 ### 目的IP地址(Destination IP Address) - **长度**:32位(IPv4)或128位(IPv6) - **作用**:标识接收数据包的目标主机的IP地址。 ### 选项字段(Options) - **长度**:可变 - **作用**:提供额外的功能,如安全选项、记录路由、时间戳等。该字段是可选的,通常不使用。 ### 数据部分(Payload) - **长度**:可变 - **作用**:承载上层协议的数据(如TCP、UDP或ICMP数据)。 以下是一个IPv4头部结构的简化示意图: ``` 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |Version| IHL |Type of Service| Total Length | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Identification |Flags| Fragment Offset | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Time to Live | Protocol | Header Checksum | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Source IP Address | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Destination IP Address | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Options | Padding | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Data | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ ``` ### 示例代码:解析IP头部字段 以下是一个使用Python解析IPv4头部字段的示例代码: ```python import struct def parse_ip_header(data): # 解析IP头部前20字节(固定部分) ip_header = struct.unpack('!BBHHHBBH4s4s', data[:20]) version_ihl = ip_header[0] version = version_ihl >> 4 ihl = (version_ihl & 0xF) * 4 tos = ip_header[1] total_length = ip_header[2] identification = ip_header[3] flags_offset = ip_header[4] ttl = ip_header[5] protocol = ip_header[6] checksum = ip_header[7] src_ip = socket.inet_ntoa(ip_header[8]) dest_ip = socket.inet_ntoa(ip_header[9]) print(f"Version: {version}") print(f"Header Length: {ihl} bytes") print(f"Type of Service: {tos}") print(f"Total Length: {total_length}") print(f"Identification: {identification}") print(f"Flags and Fragment Offset: {flags_offset}") print(f"TTL: {ttl}") print(f"Protocol: {protocol}") print(f"Source IP: {src_ip}") print(f"Destination IP: {dest_ip}") # 示例:解析IP头部 import socket # 模拟IP头部数据(前20字节) raw_data = b'\x45\x00\x00\x28\x00\x01\x00\x00\x40\x11\x74\x32\xc0\xa8\x01\x01\xc0\xa8\x01\x02' parse_ip_header(raw_data) ``` ###
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