网络协议分析-IP协议分析（分片与重组）详细_网络层-ip协议:ip包的解析、校验、分片与重组

一. IP协议理论知识：

IP数据包结构

1. 版本

占4位，指IP协议的版本。通信双方使用的IP协议版本必须一致。目前广泛使用的IP协议版本号为4（即IPv4）。

2. 首部长度(头长度）

占4位，可表示的最大十进制数值是15。请注意，这个字段所表示数的单位是32位字 长（1个32位字长是4字节），因此，当IP的首部长度为1111时（即十进制的15），首部长度就达到60字节。当IP分组的首部长度不是4字节的整数 倍时，必须利用最后的填充字段加以填充。因此数据部分永远在4字节的整数倍开始，这样在实现IP协议时较为方便。首部长度限制为60字节的缺点是有时可能 不够用。但这样做是希望用户尽量减少开销。最常用的首部长度就是20字节（即首部长度为0101），这时不使用任何选项。

3. 区分服务（TOS）

占8位，用来获得更好的服务。这个字段在旧标准中叫做服务类型，但实际上一直没有被使用过。1998年IETF把这个字段改名为区分服务DS(Differentiated Services)。只有在使用区分服务时，这个字段才起作用。

4. 总长度

占16位，总长度指首部和数据之和的长度，单位为字节。总长度字段为16字节，因此数据报的最大长度为2^16-1=65535字节。
在IP层下面的每一种数据链路层都有自己的帧格式，其中包括帧格式中的数据字段的最大长度，这称为最大传送单元 MTU(Maximum Transfer Unit)。当一个数据报封装成链路层的帧时，此数据报的总长度（即首部加上数据部分）一定不能超过下面的数据链路层的MTU值。

5. 标识(identification)

占16位，IP软件在 存储器中维持一个计数器，每产生一个数据报，计数器就加1，并将此值赋给标识字段。但这个“标识”并不是序号，因为IP是无连接服务，数据报不存在按序接 收的问题。当数据报由于长度超过网络的MTU而必须分片时，这个标识字段的值就被复制到所有的数据报的标识字段中。相同的标识字段的值使分片后的各数据报 片最后能正确地重装成为原来的数据报。

6. 标志(flag)　占3位，但目前只有2位有意义。

●　标志字段中的最低位记为MF(More Fragment)。MF=1即表示后面“还有分片”的数据报。MF=0表示这已是若干数据报片中的最后一个。
●　标志字段中间的一位记为DF(Don’t Fragment)，意思是“不能分片”。只有当DF=0时才允许分片。

7. 片偏移

占13位，片偏移指出：较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置。也就是说，相对用户数据字段的起点，该片从何处开始。片偏移以8个字节为偏移单位。这就是说，每个分片的长度一定是8字节（64位）的整数倍。

8. 生存时间

占8位，生存时间字段常用的的英文缩写是TTL(Time To Live)，表明是数据报在网络中的寿命。由发出数据报的源点设置这个字段。其目的是防止无法交付的数据报无限制地在因特网中兜圈子，因而白白消耗网络资源。最初的设计是以秒作为TTL的单位。每经过一个路由器时， 就把TTL减去数据报在路由器消耗掉的一段时间。若数据报在路由器消耗的时间小于1秒，就把TTL值减1。当TTL值为0时，就丢弃这个数据报。后来把 TTL字段的功能改为“跳数限制”（但名称不变）。路由器在转发数据报之前就把TTL值减1.若TTL值减少到零，就丢弃这个数据报，不再转发。因此，现 在TTL的单位不再是秒，而是跳数。TTL的意义是指明数据报在网络中至多可经过多少个路由器。显然，数据报在网络上经过的路由器的最大数值是255.若 把TTL的初始值设为1，就表示这个数据报只能在本局域网中传送。

9. 协议

占8位，协议字段指出此数据报携带的数据是使用何种协议，以便使目的主机的IP层知道应将数据部分上交给哪个处理过程。

10. 首部检验和

占16位。这个字段只检验数据报的首部，但不包括数据部分。这是因为数据报每经过一个路由器，路由器都要重新计算一下首部检验和（一些字段，如生存时间、标志、片偏移等都可能发生变化）。不检验数据部分可减少计算的工作量。

11. 源地址　占32位。

12. 目的地址　占32位。

13. 选项

14. 数据

二. 分片与重组

基本原理

一个ip数据包因外在内在因素可能存在流失，为解决报文能完整发送与接收，ip数据包采用分段（分片）数据包的方式发送，尽可能保障通信完整。
其中上下层协议问题，数据包都有相关协议与规定，每种协议的数据包大小不一样，其中表示中的MTU就是用来表示协议使用的数据包大小。

• MTU：每种网络都规定了一个帧最多能够容纳的数据量，这一限制称为最大传输单元。数据报的总长度一定不能超过下层的数据链路层的MTU值，否则无法传输。

因为网络环境的不同，所有网络中的MTU也不同。

分片发送与重组由源主机与目的主机进行，路由器只做分片不做重组

分片与重组原理及算法示例

如果 MTU = 1500

• 确定分片后长度方法：L=长度 & 满足 L + 20 <= MTU（1500） 且 L 能被8整除的最大值
  L <= 1480，1480 能被8整除且最接近与MTU，另外 如果这个包大小为4000，4000/1480 = 2.7，及要分为3个分片包发送。
• 确定分片后的 偏移量：由每个分片起始位置决定，如果是第一个分片，起始位就是 0 偏移量 = 0/8=0，第一个分片的偏移量就是0，以此类推。
• 确定分片后的标识：随机产生，但每个分片需相同。
• 确定分片后的标志：除了最后一个分片包是0，其余都是1。
• 计算过程中都不带包头

示例：

如果一个数据包的MTU = 1200，这个数据包有4000B大小（不含IP包头），如果含包头，做分片的时候应该直接带入第一个分片包，第一个分片包就不需要封装外加IP包头。
分片包大小：1176（1176 + 20 <=1200 & 1176/8=147） 能被整除且小于1200
片偏移：第一个 = 0 ，第二个 = 1176/8=147，第三个 = （1176x2）/8 = 294，第四个 = （1176x3）/8 = 441

标志（flag）：MF=1表示后面还有分片，MF=0表示这已经是最后一个分片。
标志（flag）：DF=0表示允许分片。
MTU & 分片包 都是减去包头计算。

所有，因为只有第一个分片包带有tcp包，如果数据包丢失，需要全部重新发送。

三. 实例化分析

导入scapy库找到ip协议

实例化IP包

构造复合对象

赋值源地址与目标地址

sendp函数发包

分析

摘要

《计算机网络基础》—— 唐继勇—— 中国水利水电出版社