談談網絡協議 – 網絡層（ Network）

網絡層（ Network）

• 網絡層數據包（IP數據包，Packet）由首部、數據2部分組成
  • 數據：**很多時候 **是由傳輸層傳遞下來的數據段（Segment）
    • ARP、ICMP 是直接在網絡層生成的，不是由傳輸層傳遞下來的

網絡層首部

版本、首部長度、區分服務

• 版本（Version）

  • 占4位
  • 0b0100：IPv4
  • 0b0110：IPv6

• 首部長度（Header Length）

  • 占4位，二進制乘以4才是最終長度
  • 0b0101：20（最小值）
  • 0b1111：60（最大值）

• 區分服務（Differentiated Services Field）

  • 占8位

  • 可以用於提高網絡的服務質量（QoS，Quality of Service）

  • 可實現優先傳輸

總長度

• 總長度（Total Length）
  • 占16位
  • 首部 + 數據的長度之和，最大值是65535

• 由於幀的數據不能超過1500字節，所以過大的IP數據包，需要分成片（fragments）傳輸給數據鏈路層
  • 每一片都有自己的網絡層首部（IP首部）

標識、標志

• 標識（Identification）
  • 占16位
  • 數據包的ID，當數據包過大進行分片時，同一個數據包的所有片的標識都是一樣的
  • 有一個計數器專門管理數據包的ID，每發出一個數據包，ID就加1
• 標志（Flags）
  • 占3位
  • 第1位（Reserved Bit）：保留
  • 第2位（Don't Fragment）：1代表不允許分片，0代表允許分片
  • 第3位（More Fragments）：1代表還有更多片，0代表是最后一片，沒有更多片

片偏移

• 片偏移（Fragment Offset） 當數據包過大時，分包后，用來標識當前數據是哪個位置的
  • 占13位
  • 片偏移乘以8：字節偏移 (為了能保存更多的數值，才只保存除以8之后的數值)
  • 每一片的長度一定是8的整數倍
  • 片偏移值為：上一個片在整個包中的前面偏移值 + 總長度

以下是 3800字節的數據包，拆成3片

ping - 高級用法

• ping /?

  • 查看ping的用法

• ping ip地址 -l 數據包大小

  • 發送指定大小的數據包

• ping ip地址 -f

  • 不允許網絡層分片

• ping ip地址 -i TTL

  • 設置TTL的值

• 通過tracert、pathping命令，可以跟蹤數據包經過了哪些路由器

案例：ping ke.qq.com -l 4000 ，發送一個4000字節的包，拆分后的各項值

• 片1

  • 總長度：1500
  • 首部：20
  • 數據長度：1480
  • 偏移值：0

• 片2

  • 其它同上
  • 偏移值：1480
    • 偏移值表示的是在數據中的偏移值，不包括首部

• 片3

  • 其它同上

  • 數據長度：1068

  • 偏移值：2960

抓包注意點，如果包被分片后，當包沒有傳輸到最后一個時，軟件是不知道是什么協議的，如下圖，前2個包軟件當成了IPV4的協議，只有最后一個包也接收到的時候才能真正解析出協議是ICMP的

生存時間

• 生存時間（Time To Live，TTL）
  • 占8位
  • 每個路由器在轉發之前會將TTL減1，一旦發現TTL減為0，路由器會返回錯誤報告
  • 觀察使用ping命令后的TTL，能夠推測出對方的操作系統、中間經過了多少個路由器

協議、首部校驗和

• 協議（Protocol）
  • 8位
  • 表明所封裝的數據是使用了什么協議

• 首部校驗和（Header Checksum）
  • 用於檢查首部是否有錯誤