IPHeader详解

发布时间：2023-05-19

在计算机通信领域中，IP头是构成所有TCP/IP网络报文的基础。因此，了解IP头的结构和各个字段的含义，对于网络通信的理解和网络应用点问题的调试都非常重要。本文将从多个方面详细阐述IP头的相关内容。

一、IPHeader的结构

typedef struct ip_hdr {
#if BYTE_ORDER == LITTLE_ENDIAN 
      u_char  ip_hl:4,    /* 小端模式，低字节存储在内存的低地址中 */
              ip_v:4;
#endif
#if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
      u_char  ip_v:4,     /* 大端模式，低字节存储在内存的高地址中 */
              ip_hl:4;
#endif
      u_char  ip_tos;           /* 服务类型字段 */
      short   ip_len;           /* 报文总长度 */
      u_short ip_id;            /* 报文标志 */
      short   ip_off;           /* 分片偏移 */
      u_char  ip_ttl;           /* 生存时间 */
      u_char  ip_p;             /* 协议类型 */
      u_short ip_sum;           /* 校验和 */
      struct  in_addr ip_src,ip_dst;  /* 源IP地址和目的IP地址 */
} IP_HDR;

IP头包含多个字段，其中包括版本、头部长度、服务类型、总长度、标识、分片偏移、TTL、协议类型、校验和、源IP地址以及目的IP地址等。位于每个字段后面的注释中，有关于该字段的简单解释。

二、IPHeader的版本

IP头中的版本字段（ip_v）记录了IP协议的版本。IPv4的版本为4，而IPv6的版本为6。IPv4是当前使用最广泛的IP协议版本，而IPv6协议是IPv4的下一代协议，具有更大的地址空间，能够支持更多的设备与应用程序连接到互联网。

三、IPHeader的TTL字段

Time-To-Live（TTL）字段是IP头的一个重要字段，它标识了IP数据包在网络上可以传输的最大跳数。每次经过一个路由器，TTL值就会减少1。当TTL值为0时，数据包将被丢弃，并向发送的主机返回一个ICMP TTL超时消息。因此，TTL的设置对于网络路由的优化非常重要。

四、IPHeader的协议类型字段

IP头中的协议类型字段（ip_p）标识了上层协议类型，例如TCP、UDP、ICMP和IGMP等。它的值对应于IANA协议号分配，详情请参考IANA的网站。

五、IPHeader的校验和字段

IP头中的校验和（ip_sum）是UDP、TCP和ICMP协议中使用的校验和的基础。它用于保证报文在从源到目的地的传输过程中的完整性。计算校验和时，所有16位字的1's complement被累加在一起。在累加结束后，将结果的1's complement取反，得到的值就是校验和。在将ICMP、TCP和UDP包发送到网络时，将自动计算生成校验和，并存储在校验和字段中。

六、IPHeader的源IP地址和目的IP地址

IP协议使用IP地址来唯一标识每个连接到互联网或者私有网络上的设备，就像人类通过姓名和地址之间的联系一样，IP地址在网络通信中扮演了相同的角色。源IP地址表示报文数据包来自哪个设备，目的IP地址表示接收数据包的设备在互联网上的位置。

七、IPHeader的应用实例

#include <netinet/ip.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#define PACKET_SIZE 4096
int main()
{
  int saddr_size , data_size;
  struct sockaddr saddr;
  unsigned char *buffer = (unsigned char *)malloc(PACKET_SIZE);
  int sock_raw = socket(AF_INET , SOCK_RAW , IPPROTO_TCP);
  if(sock_raw < 0)
  {
      perror("Could not create socket");
      return 1;
  }
  while(1)
  {
      saddr_size = sizeof saddr;
      // 接收原始数据包
      data_size = recvfrom(sock_raw , buffer , PACKET_SIZE , 0 , &saddr , (socklen_t*)&saddr_size);
      if(data_size < 0)
      {
          printf("Recvfrom error , failed to get packets\n");
          return 1;
      }
      // 从缓冲区中解析IP头
      struct iphdr *iph = (struct iphdr*)buffer;
      // 根据需求对IP头进行操作
      printf("Version : %d\n" , iph->version);
      printf("Header length : %d\n" , iph->ihl);
      printf("Type Of Service : %d\n" , iph->tos);
      printf("Total length : %d\n" , iph->tot_len);
      printf("Identification : %d\n" , iph->id);
      printf("Time to live : %d\n" , iph->ttl);
      printf("Protocol : %d\n" , iph->protocol);
      printf("Checksum : %d\n" , iph->check);
      printf("Source address : %d.%d.%d.%d\n" , (iph->saddr>>24)&0xff , (iph->saddr>>16)&0xff , (iph->saddr>>8)&0xff , iph->saddr&0xff);
      printf("Destination address : %d.%d.%d.%d\n" , (iph->daddr>>24)&0xff , (iph->daddr>>16)&0xff , (iph->daddr>>8)&0xff , iph->daddr&0xff);
  }
  close(sock_raw);
  return 0;
}

上述代码中使用socket函数创建一个原始套接字，然后使用recvfrom函数从缓冲区中解析IP头，并对IP头进行操作，最后输出相关信息。通常情况下，处理IP头时需要使用网络库库函数或者相关的系统调用。

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