IPHeader詳解

在計算機通信領域中，IP頭是構成所有TCP/IP網絡報文的基礎。因此，了解IP頭的結構和各個字段的含義，對於網絡通信的理解和網絡應用點問題的調試都非常重要。本文將從多個方面詳細闡述IP頭的相關內容。

一、IPHeader的結構

typedef struct ip_hdr {
#if BYTE_ORDER == LITTLE_ENDIAN 
      u_char  ip_hl:4,    /* 小端模式，低字節存儲在內存的低地址中 */
              ip_v:4;
#endif
#if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
      u_char  ip_v:4,     /* 大端模式，低字節存儲在內存的高地址中 */
              ip_hl:4;
#endif
      u_char  ip_tos;           /* 服務類型字段 */
      short   ip_len;           /* 報文總長度 */
      u_short ip_id;            /* 報文標誌 */
      short   ip_off;           /* 分片偏移 */
      u_char  ip_ttl;           /* 生存時間 */
      u_char  ip_p;             /* 協議類型 */
      u_short ip_sum;           /* 校驗和 */
      struct  in_addr ip_src,ip_dst;  /* 源IP地址和目的IP地址 */
} IP_HDR;

IP頭包含多個字段，其中包括版本、頭部長度、服務類型、總長度、標識、分片偏移、TTL、協議類型、校驗和、源IP地址以及目的IP地址等。位於每個字段後面的注釋中，有關於該字段的簡單解釋。

二、IPHeader的版本

IP頭中的版本字段（ip_v）記錄了IP協議的版本。IPv4的版本為4，而IPv6的版本為6。IPv4是當前使用最廣泛的IP協議版本，而IPv6協議是IPv4的下一代協議，具有更大的地址空間，能夠支持更多的設備與應用程序連接到互聯網。

三、IPHeader的TTL字段

Time-To-Live（TTL）字段是IP頭的一個重要字段，它標識了IP數據包在網絡上可以傳輸的最大跳數。每次經過一個路由器，TTL值就會減少1。當TTL值為0時，數據包將被丟棄，並向發送的主機返回一個ICMP TTL超時消息。因此，TTL的設置對於網絡路由的優化非常重要。

四、IPHeader的協議類型字段

IP頭中的協議類型字段（ip_p）標識了上層協議類型，例如TCP、UDP、ICMP和IGMP等。它的值對應於IANA協議號分配，詳情請參考IANA的網站。

五、IPHeader的校驗和字段

IP頭中的校驗和（ip_sum）是UDP、TCP和ICMP協議中使用的校驗和的基礎。它用於保證報文在從源到目的地的傳輸過程中的完整性。計算校驗和時，所有16位字的1’s complement被累加在一起。在累加結束後，將結果的1’s complement取反，得到的值就是校驗和。在將ICMP、TCP和UDP包發送到網絡時，將自動計算生成校驗和，並存儲在校驗和字段中。

六、IPHeader的源IP地址和目的IP地址

IP協議使用IP地址來唯一標識每個連接到互聯網或者私有網絡上的設備，就像人類通過姓名和地址之間的聯繫一樣，IP地址在網絡通信中扮演了相同的角色。源IP地址表示報文數據包來自哪個設備，目的IP地址表示接收數據包的設備在互聯網上的位置。

七、IPHeader的應用實例

#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;
      // 接收原始數據包
      data_size = recvfrom(sock_raw , buffer , PACKET_SIZE , 0 , &saddr , (socklen_t*)&saddr_size);
      if(data_size 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;
}

上述代碼中使用socket函數創建一個原始套接字，然後使用recvfrom函數從緩衝區中解析IP頭，並對IP頭進行操作，最後輸出相關信息。通常情況下，處理IP頭時需要使用網絡庫庫函數或者相關的系統調用。