TCP/IP 协议族 - IPv4 笔记
引言
IP 是一种不可靠的无连接数据协议，依靠更高层来解决数据损伤、丢失等问题。
数据报
网络层的分组称为数据报。
- 首部长度, 定义了数据报首部的长度，单位是 4 字节。
- 总长度, 定义了数据报总长度。数据长度 = 总长度 - 首部长度。 为什么需要这个东西呢？如果数据报被填充了，就能根据这个得出真实的数据有多少。
- 标识， 用于分片.
- 标志，用于分片。
- 分片偏移，用于分片。
- 生存时间，控制数据报的最大跳数。如果变成0就丢弃数据报，可以用来限制数据报在一个局域网内。
- 协议，标识封装了哪个上层协议。
分片
最大传送单元 (MTU)
数据链路层限制了可封装在一个帧中的最大长度。所以有时候数据报要分片。
第一次分片是被运输层，它会把数据分成 IP 与源点使用的数据链路层可接纳的大小。 如果已经分片的数据报遇到更小的 MTU 网络，这些数据报还会分片。
数据报可以被任意路由器分片，但是重组只能在目的主机上进行。
分片的时候，必须改变三个字段的值：
- 标志
- 分片偏移
- 总长度
其余的各字段必须被复制。
与分片有关的字段
- 标识 (identification)，这个 16 位字段标志了从源主机发出的一个数据报。此标志与源 IP 地址的组合必须唯一地确定这个数据报，也就是说， 所有的分片都具有相同的 identification。 identification 是由一个计数器控制的，每产生一个数据报计数器加一。
- 标志 (flag)，这是 3 位的字段。第一位保留，第二位称为
不分片位。如果这个值是1，机器就不能对数据报分片，如果无法通过任何可用的物理网络， 就丢弃数据报，并向源主机发送 ICMP 差错报文。第三位是还有分片位，如果是 1，说明不是最后一个。 - 分片偏移，这个 13 位字段表示的分片在整个数据报中的相对位置，偏移值以 8字节 为单位，因为他只有 13 位，要想跟上 16 位只能乘以 8 了。
选项
格式
类型
共8位。
- 复制（1位），若是0，表示选项必须仅仅复制到第一个分片，否则表示选项必须复制到所有分片中。
- 类别（2位），定义了该选项的一般用途，若是00，表示选项用作数据报的控制。若是 10，表示用作排错和管理。
长度
定义了选项的总长度。
值
包含某些特定选项所需数据。
选项类型
无操作选项
是个 1 字节的选项，用作选项和选项之间的填充符。 00000001.
选项结束选项
只能用作最后一个选项。 00000000.
记录路由选项
00000111，用来记录经过的路由。
严格路由选项
10001001，如果数据报通过了某个未被列入的路由器，将丢弃并发送差错报文。
不严格路由选项
10000011，表中列出的路由器必须通过，但是可以通过其他的路由器。
时间戳
用来记录路由器处理数据报的时间。
上面六个选项中，不复制的选项开头是0，用于数据报控制的选项第 2、3 个位置是 00，否则是 10。
检验和
还没理解。
安全性
安全问题
分组窃取
入侵者可以窃取一个分组。
但是如果加密了的话窃取了也看不到内容。
分组篡改
这个可以通过完整性机制检测到。
IP 伪装
可以通过起源鉴别机制检测 。
IP 软件包
首部添加模块
接受来自高层协议的数据和目的 IP 地址。
Solution(data, des_address):
把数据封装成为 IP 数据报
计算检验和，插入到检验和字段
把数据发送到相应的输入队列
返回
处理模块
处理模块接收来自一个接口或者来自首部添加模块的数据报。
Solution(Datagram):
从输入队列取出一个数据报
if 目的地址和本地地址中的一个匹配:
发送数据报到重装模块
返回
if 本机是路由器:
TTL - 1
if TTL <= 0:
丢弃数据报
发送 ICMP 差错报文
返回
把数据报发送到转发模块
返回
队列
分为输入队列和输出队列。
路由表
转发模块
接受来自处理模块的 IP 分组。如果分组需要被转发，就发到这个模块。
转发模块找出下一站的 IP 地址以及发送该分组时应当经过的接口号，然后发送给分片模块。
MTU 表
找出 MTU。
分片模块
分片模块咨询 MTU 表找出 MTU。如果数据报长度大于 MTU，就要进行分片。
Solution(Datagram):
提取数据报长度
if 长度 > MTU:
if D 位被置 1:
丢弃数据报
发送 ICMP 差错报文
返回
else:
计算最大长度
把数据报划分为分片
给每一个分片添加首部
把每一个分片添加需要的选项
发送分片
返回
else:
发送数据报
重装表
还没看懂
重装模块
接受来自处理模块的，且已经到达最终目的地的数据报分片。 因为 IP 协议是无连接的，不能保证所有的分片按序到达。所以可能属于一个数据报的分片和另一个混在一起，所以使用了重装表。
Solution(Datagram):
if 分片偏移是 0 且 M 位也是 0:
把数据报发送到适当队列
返回
查找重装表中的相应表项
if 未找到:
创建一个新的项目
在链表的适当地方插入分片
if 所有分组已到达:
重装分片
交付数据报
返回
else:
if 超时:
丢弃所有的分片
发送 ICMP 差错报文
返回