TCP/IP

IP协议分析

TCP/IP协议

Posted by Pele on March 6, 2022

IP协议分析

网际协议（英语：Internet Protocol，缩写：IP），又称互联网协议，是用于分组交换数据网络的协议。

IP是在TCP/IP协议族中网络层的主要协议，任务仅仅是根据源主机和目的主机的地址来传送数据。为此目的，IP定义了寻址方法和数据报的封装结构。第一个架构的主要版本为IPv4，目前仍然是广泛使用的互联网协议，尽管世界各地正在积极部署IPv6。——Wikipedia

IP路由表分析

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网络目标 网络掩码 分析
0.0.0.0 0.0.0.0 默认网关，当路由表中未找到IP地址时默认从该接口转发
10.136.0.0 255.255.240.0 子网号为10.136.0.0的子网
10.136.5.155 255.255.255.255 子网掩码为全255，这是一个特定主机路由
127.0.0.0 255.0.0.0 回环地址
192.168.137.0 255.255.255.0 子网号为192.168.137.0的子网
240.0.0.0 240.0.0.0 多播地址
255.255.255.255 255.255.255.255 广播地址
192.168.0.1 255.255.255.0 子网号为192.168.0.1的子网

IP数据包分析

IP数据报首部

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  • Version 版本号：占4位，IPv4的值为4，IPv6的值为6
  • IHL Internet Header Length 首部长度 ：占4位，首部以4字节为单位，所以IHL的范围为5～15，首部长度的范围为20～60
  • 区分服务：占8位，3位优先等级位+4位服务类型参数+1位保留位
    • 优先等级 Precedence：取值为0～7，0代表优先级为”一般”，7代表最大优先级。当路由器出现拥塞必须放弃一些数据报，具有低优先级的数据报将丢弃
    • 服务类型 Service Type ：分别为DTRCDTR（低延迟、高吞吐率、可靠性、成本）
      • 1000 最小时延
      • 0100 最高可靠性
      • 0010 最大吞吐量
      • 0001 最小代价
  • Total Length 数据报总长度：占16位，以16字节为单位，所以报文的最大长度为2^16-1=65535字节
  • Identification 数据报标识
  • Flags 标志：占3位
    • 最高位为预留位0
    • 第二位为DF（不可分割），为0时表示可分割，为1时表示不可分割
    • 第三位为MF（更多分割），为0时表示是最后一个数据报，为1时表示后面还有数据报
  • Fragment Offset 片偏移：占13位，以8字节为单位
  • Time to Live ttl 生存时间：在IP网络中存在的最长时间（跳数），占8位，所以最长生存时间为255
  • Protocol 协议 ：占8位
    • image-20220306213633480
  • Header Checksum 首部校验和：占16位
  • Source Address 源地址：占32位4字节，发送方主机的IP地址
  • Destination Address 目的地址：占32位4字节，目的主机的IP地址
  • IP选项 ：分为3部分
    • 代码Code 1字节：选项的作用、类型和是否被复制
      • EOL 选项结束
      • NOP 无操作
      • RR 记录路由： 记录数据在Internet中传送的路由。分割时不复制
      • SSRR 严格的源路由：用于源主机预先指定数据报在Internet中传送的路由，并且记录传送过程中经过的路由。分割时必须复制
      • LSRR 宽松的源路由：对传送路由的要求不及SSRR严格，允许数据报经过任何非指定的路由器
      • TS 时间戳 ：记录数据报每经过一个网关时记录下当地时间。分割时不需复制，仅存在于第一个数据报中
    • 长度Length 1字节：选项的总长度
    • 数据Data
  • Padding 填充

使用Wireshark工具抓取IP数据报并分析

从抓取结果中选择一个IP数据报，查看它的报文信息

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  1. 版本号 0100 ：IPv4image-20220308154623724

  2. 首部长度 0101 :5×4 =20 Bytes 首部长度为20字节

  3. 区分服务：00000000

  • image-20220308154729932

  • 该报文未选择任何服务

  1. 总长度：52

    • image-20220308155125851
    • 52×16=832 Bytes

  2. 数据报标识 0x0000

    • image-20220308155420387

  3. 标志 010

    • image-20220308155550506
    • image-20220308155800972

  4. 片偏移 0000000000000

  5. 生存时间 01000000 :64

    • image-20220308155743055

  6. 协议 00000110 : TCP(6)

    • image-20220308155827033

  7. 首部校验和 0x9477

    • image-20220308155932281

  8. 源地址 192.168.137.159

    • image-20220308160114831

  9. 目的地址 20.187.71.74

    • image-20220308160207867image-20220308160222285

查找其他的IP数据包，发现出现了另外两种区分服务类型

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Differentiated Services Codepoint :Assured Forwarding 41(34)

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Differentiated Services Codepoint :Lower Effort(1)

我发现这里的服务类型和书上讲的3+4+1的结构不太一致，所以就到网上查找到了关于DSCP的相关信息。

IP优先级（IP Precedence）方案可以粗略地将数据分为8个优先级（0～7），并还可以使用紧随优先级比特之后的4比特进一步的数据分类。当出现拥塞时，优先级低的数据被优先丢弃。但是这样的分类任然有太多局限性。因此，IETF提出了一种通用的、取代IP优先级分类的方案，即用6比特取代原来3比特，称这6比特为DSCP（Differentiated Service Codepoint,差分服务代码点）。

Differentiated services or DiffServ is a computer networking architecture that specifies a simple and scalable mechanism for classifying and managing network traffic and providing quality of service (QoS) on modern IP networks. DiffServ can, for example, be used to provide low-latency to critical network traffic such as voice or streaming media while providing simple best-effort service to non-critical services such as web traffic or file transfers.

DiffServ uses a 6-bit differentiated services code point (DSCP) in the 8-bit differentiated services field (DS field) in the IP header for packet classification purposes. The DS field replaces the outdated IPv4 TOS field.[[1]] —— Wikipedia

而在抓取的数据报中出现的Assured Forward和Lower Effort时DSCP的两种优先级

  • Assured Forward为保证转发
  • Lower Effort为“每条较低努力行为”

RFC 2597

RFC 8622

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