IP协议解读（二）

IP协议是TCP协议栈中的核心协议，也是网络编程的基础之一。

网络层作用

IP分片：

• IP数据报的长度超过帧的MTU时，将会被分片传输。分片可能发生在发送端，也可能发生在中转路由器上，并且可能在传输过程中被多次分片。最终会在接收器上被IP模块重新组装。

• 在IP协议解读（一）中讲述了16位数据报标识、3位的标识，13位的片偏移给分片和重组提供了足够的信息。一个IP数据报的每个分片都具有自己的头部。他们具有相同的标识值，但具有不同的片偏移。

• 以太网的MTU位1500字节，因此它能携带的最大字节量位1480字节，因为IP头部包含20个字节。假如我们使用以太网帧传输用IP数据报封装的1481个字节的ICMP数据报。这个时候>1480字节，所以就会出现分片现象

  那么1481个字节的数据+20字节的IP头部=1501字节的IP数据报=IP分片（1500字节）+IP分片（21字节）

  结构如图所示：

从以上的图片我可以分析出来，ICMP头部的8个字节被分配到第一个分片中，其中1472字节的ICMP的数据也被分配到第一个分片中，这样IP头+ICMP头部结构+部分ICMP数据组成了最大的IP分片（1500字节），剩下的一个个字节的ICMP数据被分配到第二个IP分片中（21字节）

下面我们用实例演示：

我们使用ping命令指定每次发送的大小位1473个字节

ping www.baidu.com -s 1473

我们使用tcpdump命令抓取ping过程中的icmp数据包

tcpdump -ntv -i eth0 icmp

===============查看分析抓去结果=====================

结果如图所示：

从图片中我们可以看出，前两个数据报的ip分片id（标识值）都是27300，说明这两个是同一个分片，第一个分片的offset（偏移值）为0，第二个分片的offset（偏移值）为0位1480.根据信息显示，第一个ICMP占1480个字节，第二个长度为21.

IP路由选择机制：

路由选择是IP协议的核心任务，指定了发送数据报到目标路径的途径

• 当IP模块接受到来自网络驱动程序发来的IP数据报时，首先对头部进行CRC校验，确定这个数据包在传输过程中没有被损坏。
• 如果发现IP头部信息中带有源站选路选项，那么IP模块调用数据报转发子模块处理这个数据报。
• 如果这个IP数据报头部结构中目标IP地址是本机的IP地址或是广播地址，就是说明这个数据报是发送给本机的IP模块就必须根据数据报的头部结构协议字段将它发给哪个上层应用。
• 如果IP模块发现这个数据报不是发送给本机的，同样也掉中转发子模块处理这个数据报，转发子模块首先需要检验这个数据报是否被允许转发。不允许的话这个数据报就会被丢弃。允许的话数据报转发子模块将对这个数据报进行一系列的操作，然后将它交给IP数据报输出子模块。
• 其实呢，IP数据报应该发送到哪一个吓一跳路由，经过哪个网卡来发送，是计算吓一跳路由这个模块完成的。
• IP模块实现数据报路由的核心数据结构就是路由表，这个表是按照目的IP进行分类。
• IP输出队列中是所有等待发出的数据报。
• 虚线箭头是整个路由表的更新过程

IP路由选择过程：

• 查找完全匹配的主机地址，如果找到就是用该路由项，如果未找到，进入下一个步骤
• 查找相同网络ID的网络IP地址，如果找到就是用该路由项，如果未找到，进入下第三个步骤
• 选择默认路由项，这意味着下一跳的路由地址是网关

IP转发过程：

路由器转发模块的执行过程如下：

• 检查数据报头部的TTL值（TTL为0丢弃这个数据报）。
• 查看数据包的严格源路由的选择选项，如果被设置，检测数据报的目的IP地址是否和本机的某个IP地址相同，如果不是，发送一个ICMP差错报文。
• 给源端发送一个ICMP重定向报文（下一个文章分享）。
• 将TTL值减1
• 处理IP头部选项
• 如果有必要，执行IP分片操作

路由表更新：

路由表必须具备更新，反应网络中的连接的变化，这样IP模块才能准确，高效的转发数据报。

进行实例演示。

Linux下使用明route命令查看当前主机下的路由表信息。

第一行表示子系统下的默认路由

使用route命令添加路由表

删除对应项

删除默认路由项，这样做的后果就是无法访问因特网。