linux網路編程之TCP/IP基礎（三）：IP資料報格式和IP地址路由

一、IP資料報格式

IP資料報格式如下：

版本
IP協議版本號碼，長度為4位，IPv4此欄位值為4，IPv6此欄位值為6

首部長度
以32位的字為單位，該欄位長度為4位，最小值為5，即不帶任何選項的IP首部20個位元組；最大值為15，所以首部長度最大為60個位元組

服務類型（TOS）
長度為8位。此欄位包含3位的優先權（現已忽略），4位的服務類型子欄位和1位的保留位（必須置0）。4位的服務類型分別為最小延遲（D）、最大輸送量（T）、最高可靠性（R）、最小費用（F），如。

總長度
該欄位長度為16位，以位元組為單位，該欄位長度包含IP的頭部和資料部分(payload)。IP資料報最大可達65535個位元組。

標識
16位標識，用來標識一個IP資料報，每發送一個此值會加1，可用於分區和重新組裝成資料包。

標誌與片位移

3位標誌其中第一位不使用， 每二位DF（Don’t Fragment），該位如果為1，如果傳輸的資料報超過傳輸單元最大值，該資料報會被丟棄，並發送一個ICMP差錯報文。第三位MF（More Fragment）表示是否有更多的片，該位為1，說明後續有分區。最後一片MF為0。
IP包分區後每一個資料報都具有自己的首部，但是片位移值不同，通過片位移值接收端可以重新組裝IP包。

TTL
TTL（Time To Live）表示資料報最多可經過的路由器的數量。資料報每經過一個路由器，TTL減1，減為0時丟棄，並發送ICMP報文通知源主機。TTL可以避免資料報在路由器之間不斷迴圈。

協議類型
表示IP層上承載的是哪個進階協議。在封裝與分用的過程中，協議棧知道該交給哪個層的協議處理。1 ICMP 2 IGMP 6 TCP 17UDP

頭部校正和
保證資料前序部的資料完整性，但校正不包括資料部分。這樣做的目的有二：一是所有將資料封裝在IP資料包中的高層協議均含有覆蓋整個資料的校正和，因此IP資料報沒有必要再對其所承載的資料部分進行校正。二是每經過一個路由器，IP資料報的頭部要發生改變（如TTL），而資料部分不變，這樣只對發生改變的頭部進行校正，顯然不會浪費太多的時間。為了減少計算時間，一般不用CRC校正碼，而是採用更簡單的網際校正和（Internet
Checksum）。

源IP地址
發送資料的主機IP地址

目的IP地址
接收資料的主機IP地址

選項與填充（選項為4位元組整數倍，否則用0填充）
安全和處理限制
路徑記錄：記錄所經曆路由器的IP地址
時間戳記：記錄所經曆路由器的IP地址和時間
寬鬆來源站點路由：指定資料報文必須經曆的IP地址，可以經過沒有指定的IP地址。
嚴格的來源站點路由：指定資料報文必須經曆的IP地址，不能經過沒有指定的IP地址。

二、IP地址與路由

IPv4的IP地址長度為4位元組，通常採用點分十進位標記法（dotted decimal representation）例如0xc0a80002表示為192.168.0.2。Internet被各種路由器和網關裝置分隔成很多網段，為了標識不同的網段，需要把32位的IP地址劃分成網路號和主機號兩部分，網路號相同的各主機位於同一網段，相互間可以直接通訊，網路號不同的主機之間通訊則需要通過路由器轉寄。

假設某主機上的網路介面配置和路由表如下：

這台主機只有一個網路介面連到192.168.232.0/24網路。路由表的Destination是目的網路地址，Genmask是子網路遮罩，Gateway是下一跳地址，Iface是發送介面，Flags中的U標誌表示此條目有效（可以禁用某些條目），G標誌表示此條目的下一跳地址是某個路由器的地址，沒有G標誌的條目表示目的網路地址是與本機介面直接相連的網路，不必經路由器轉寄，因此下一跳地址處記為*號。
如果要發送的資料包的目的地址是192.168.232.1，跟第三行的子網路遮罩做與運算得到192.168.232.0，正是第三行的目的網路地址，因此從eth0介面發送出去，由於192.168.232.0/24正是與eth0介面直接相連的網路，因此可以直接發到目的主機，不需要經路由器轉寄。
如果要發送的資料包的目的地址是202.10.1.2，跟後兩行路由表條目都不匹配，那麼就要按預設路由條目，從eth0介面發出去，首先發往192.168.232.2 路由器，再讓路由器根據它的路由表決定下一跳地址。

路由的處理過程如下，ARP部分可以參考這裡：

參考：

《Linux C 編程一站式學習》

《TCP/IP詳解 卷一》