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IP

[TOC]

IP(Internet Protocol)是TCP/IP协议族中的核心协议。所有TCP，UDP，ICMP和IGMP数据都通过IP数据报传输，但是不保证IP数据报能成功到达目的地。

IPv4

ipv4地址长32bit，通常采用 Dotted decimal notation(点分十进制)的方法表示。

协议头

ipv4_head_struct

  • 版本 IP协议版本，值为4；

  • IHL（Internet头部长度） 描述32位字的数量，Internet最多$32*15=480$位，即60字；

  • DS字段 服务字段，详情见DS字段

  • ECN（显式拥塞通知） 标记网络拥堵情况，用于滑动窗口。

  • 总长度 IPv4数据报的总长度（单位：字节），最大$2^{16}=65535$字节；

  • 标识 标记数据报ID，自增

  • 标志

  • 分片偏移

  • 生存期（TTL） 可经过的路由器数量的上限，每过一台路由器就减1，到0就丢弃；一般初始化为64或128或255

  • 协议

  • 头部校验和 校验数据报头是否完整，详情见Internet校验和

  • 源IP地址

  • 目的IP地址

  • 选项

    如果选项存在，它在IPv4分组中紧跟在基本IPv4头部之后。选项由一个8位的类型字段标识。这个字段被细分为3个子字段：复制（1位），类别（2位）和编号（5位）。选项0和1的长度是1字节，多数的其他选项的长度可变。可变选项包括1字节的类型标识符，1字节的长度以及选项自身

    名称 编号 值 长度 描述 参考文献 注释
    列表结尾 0 0 1 表示没有更多选项 [RFC0791] 如果需要
    没有操作 1 1 1 表示没有操作执行（用于填充） [RFC0791] 如果需要
    源路由 3<br>9 131<br>137 可变 发送方列出分组转发时遍历的路由器“航点”。松散意味着其他路由器可以包含在航点（3，131）中。严格意味着（9，137）中的所有航点都要按顺序遍历 [RFC0791] 很少，经常被过滤
    安全和处理标签 2<br>5 130<br>133 11 在美国军事环境下如何为IP数据报指定安全标签和处理限制 [RFC1108] 历史的
    记录路由 7 7 可变 在分组的头部中记录经过的路由器 [RFC0791] 很少
    时间戳 4 68 可变 在分组的源和目的地记录日期和时间 [RFC0791] 很少
    流ID 8 136 4 携带16位的SATNET流标识符 [RFC0791] 历史的
    EIP 17 145 可变 扩展Internet协议 [RFC1385] 历史的
    跟踪 18 82 可变 增加一个路由跟踪选项和ICMP报文 [RFC1393] 历史的
    路由器警告 20 148 4 表示一个路由器需要解释数据报的内容 [RFC2113]<br>``[RFC5350] 偶然
    快速启动 25 25 8 表示启动快速传输协议（实验性的） [RFC4782] 很少

空间划分

类 地址范围 High-Order Bits Use Fraction of Total Number of Nets Number of Hosts
A 0.0.0.0~127.255.255.255 0 Unicast/special 1/2 128 16,777,216
B 128.0.0.0~191.255.255.255 10 Unicast/special 1/4 16,384 65536
C 192.0.0.0~223.255.255.255 110 Unicast/special 1/8 2,097,152 256
D 224.0.0.0~239.255.255.255 1110 Multicast 1/16 N/A N/A
E 240.0.0.0~255.255.255.255 1111 Reserved 1/16 N/A N/A

IPv6

ipv6地址长128bit，传统表示方法是采用称为块或字段的4个16进制数，以及冒号分隔。

ipv6的简化表示方法标准：

  1. 一个块中前导的零不必书写
  2. 全零的块可以省略
  3. 在ipv6格式中潜入ipv4地址可使用混合符号形式，紧接着ipv4部分的地址块的值ffff，地址的其余部分使用点分四组格式
  4. ipv6地址的低32位通常采用点分四组表示法。

协议头

ipv6_head_struct

  • 版本 IP协议版本，值为6；

  • DS字段 服务字段，详情见DS字段；

  • ECN 显式拥塞通知，标记网络拥堵情况，用于滑动窗口；

  • 流标签

  • 负载长度

  • 下一个头部

  • 跳数限制

  • 源IP地址

  • 目的IP地址

扩展头部

ipv6_extension_header

扩展头部(extension header)用下一个头部字段形成一个链。链中的头部可以是IPv6扩展头部或传输层头部。IPv6头部出现在数据报的开头，并且长度始终为40字节

IPv6下一个头部字段值可能表示扩展头部或其他协议头部。在适当的情况下，它与IPv4协议字段使用相同值

头部类型 顺序 值
IPv6头部 1 41
逐跳选项（HOPOPT） 2 0
目的地选项 3，8 60
路由 4 43
分片 5 44
封装安全载荷（ESP） 7 50
认证（AH） 6 51
移动（MIPv6） 9 135
（无--没有下一个头部） 最后 59
ICMPv6 最后 58
UDP 最后 17
TCP 最后 6
各种其他高层协议 最后 -

选项

ipv6_tvl

逐跳选项和目的地址项编码为TLV集合（类型-长度-值）。第一字节给出了选项类型，包括一些子字段，在选项没被识别时指示一个IPv6节点如何动作，以及在数据报转发时选项数据是否改变。选项数据长度字段给出了选项数据的字节长度

一个IPv6的TLV选项类型的2个高序位，表示如果这个选项没有被识别，一个IPv6节点是转发还是丢弃该数据报，以及是否向发送方返回一个消息，提示这个数据报的处理结果

值 动作
00 跳过选项，继续处理
01 丢弃这个数据报（沉默）
10 丢弃这个数据报，并向源地址发送一个“ICMPv6参数问题”消息
11 与10相同，但仅在分组的目的地不是组播时，发送这个ICMPv6消息

IPv6选项携带在逐跳（H）选项或目的地（D）选项扩展头部中。选项类型字段包含来自“类型”列以及动作和改变子字段中的二进制值。

选项名 头部 动作 改变 类型 长度 参考文献
填充1 HD 00 0 0 N/A [RFC2460]
填充N HD 00 0 1 可变 [RFC2460]
超大有效载荷 H 11 0 194 4 [RFC2675]
隧道封装限制 D 00 0 4 4 [RFC2473]
路由器警告 H 00 0 5 4 [RFC2711]
快速启动 H 00 1 6 8 [RFC4782]
CALIPSO H 00 0 7 8+ [RFC5570]
家乡地址 D 11 0 201 16 [RFC6275]

  • 填充1和填充N

    由于IPv6选项需要与8字节的偏移量对齐，因此较小的选项用0填充到长度为8字节，有以下2个填充选项：

    • 填充1（类型0）：唯一缺少长度字段和值字段的选项；仅有1字节长，取值为0。
    • 填充N（类型1）：向头部的选项区域填充2字节或更多字节；对于n个填充字节，选项数据长度字段包含的值为(n-2)。

  • 超大有效载荷

    超大报文:指定一种有效载荷大于65535字节的IPv6数据报。

  • 隧道封装限制：是否限制隧道封装

    隧道:将一个协议封装在另一个协议中，隧道可以嵌套。

  • 路由器警告: 指出数据报包含需要路由器处理的信息。

  • 快速启动（QS）

  • CALIPSO：用于在某些专用网络中支持通用体系结构标签IPv6安全选项，提供了一种为数据报做标记的方法，包括一个安全级别标识符和一些额外的信息。

  • 家乡地址

路由头部

IPv6数据报控制机制，以控制（至少部分控制）数据报通过网络的路径。有2个版本：

  • 类型0（RH0）
  • 类型2（RH2）

ipv6_RH0

通过一个IPv6路由头部（RH0），发送方（S）可指定数据报经过中间节点$R_2$和$R_3$。经过的其他节点由正常IPv6路由来确定。注意，在经过路由头部指定的每个跳步时，IPv6头部中的目的地址将会更新

inet6_rth_space

#include <netinet/in.h>
socklen_t inet6_rth_space(int type, int segments);

  • type类型

  • segments网段总数

  • 返回值

    成功：字节数（正数）

    失败：0

返回容纳一个指定类型和网段总数的路由首部所需的字节数。

inet6_rth_init

#include <netinet/in.h>
void *inet6_rth_init(void *rthbuf, socklen_t rthlen, 
                     int type, int segments);

  • rthbuf缓冲区

  • rthlen缓冲区长度

  • type类型

  • segments网段总数

  • 返回值

    成功：指向缓冲区的指针

    失败：NULL

初始化指定的缓冲区，以容纳一个类型为type值且网段总数为segments值的路由首部。

inet6_rth_add

#include <netinet/in.h>
int inet6_rth_add(void *rthbuf, const struct in6_addr *addr);

  • rthbuf缓冲区

  • addr地址

  • 返回值

    成功：0

    失败：-1

把由addr指向的IPv6地址加到构建中的路由首部的末尾。

inet6_rth_reverse

#include <netinet/in.h>
int inet6_rth_reverse(const void *in, void *out);

  • in传入缓冲区

  • out返回缓冲区

  • 返回值

    成功：0

    失败：-1

根据in中存放的接收路由首部创建一个新的路由首部，并放入out中（in和out可以为同一个缓冲区）。

inet6_rth_seqments

#include <netinet/in.h>
int inet6_rth_seqments(const void *rthbuf);

  • rthbuf存放路由首部的缓冲区

  • 返回值

    成功：网段数目

    失败：-1

返回路由首部中的网段数目。

inet6_rth_getaddr

#include <netinet/in.h>
struct in6_addr *inet6_rth_getaddr(const void *rthbuf, int index);

  • rthbuf缓冲区

  • index索引

  • 返回值

    成功：指向IPv6地址的指针

    失败：NULL

返回由rthbuf所指路由首部中索引号为index的那个IPv6地址。

分片头部

ipv6_split_head

IPv6分片头部包含一个32位的标识符字段（它是IPv4中标识符字段的两倍）。M位字段表明该分片是否为原始数据报的最后一个分片。与IPv4一样，分片偏移字段给出了有效载荷在原始数据报中以8字节为单位的偏移量

  • 分片偏移 表明数据以8字节为单位的偏移量放置在分片头部之后。
  • Res
  • M
    • 1 表示在数据报中包含更多分片
    • 0 表示该分片是原始数据报的最后一个分片
  • 标识符

DS字段

结构

ip_head_ds

DS字段包含6位（其中5位当前是标准的，表示当接收的数据报应转发时，可由一台兼容的路由器转发）。后面2位用作ECN，当数据报通过持续拥塞的路由器时设置。当这些数据报到达目的地时，稍后发送一个包含拥塞指示的数据报给发送方，通知改数据报经过一台或多台拥塞的路由器

  • 优先级 低优先级可以被高优先级抢占，不同优先级有不同的被丢弃概率。共8级：

    值 优先级
    000 常规
    001 优先
    010 立即
    011 瞬间
    100 瞬间覆盖
    101 严重
    110 网间控制
    111 网络控制

  • D 延时

  • T 吞吐量

  • R 可靠性

  • 保留（0）

    如果选项存在，它在IPv4分组中紧跟在基本IPv4头部之后。选项由一个8位的类型字段标识。这个字段被细分为3个子字段：复制(1位)，类别(2位)和编号(5位)。选项0和1的长度是1字节，多数的其他选项的长度可变。可变选项包括1字节的类型标识符，1字节的长度以及选项自身

    名 称 编号 值 长度 描述 参考文献 注释
    列表结尾 0 0 1 表示没有更多选项 [RFC0791] 如果需要
    没有操作 1 1 1 标识没有操作执行（用于填充） [RFC0791] 如果需要
    源路由 3
    9    		 131
    137    		 可变 发送方列出分组转发时遍历的路由器“航点”。松散意味着其他路由器可以包含在航点（3，131）中。严格意味着（9，137）中的所有航点都要按顺序遍历 [RFC0791] 很少，经常被过滤
    安全和处理标签 2
    5    		 130
    133    		 11 在美国军事环境下如何为IP数据报指定安全标签和处理限制 [RFC1108] 历史的
    记录路由 7 7 可变 在分组的头部中记录经过的路由器 [RFC0791] 很少
    时间戳 4 68 可变 在分组的源和目的地记录日期和时间 [RFC0791] 很少
    流ID 8 136 4 携带16位的SATNET流标识符 [RFC0791] 历史的
    EIP 17 145 可变 扩展Internet协议（20世纪90年代早期的一个实验） [RFC1385] 历史的
    跟踪 18 82 可变 增加一个路由跟踪选项和ICMP报文（20世纪90年代早期的一个实验） [RFC1393] 历史的
    路由器警告 20 148 4 标识一个路由器需要解释数据报的内容 [RFC2113]
    [RFC5350]    		 偶然
    快速启动 25 25 8 标识启动快速传输协议（实验性的） [RFC4782] 很少

服务代码点（DSCP）值被分成3个池：

池 代码点前缀 策略
1 xxxxx0 标准的
2 xxxx11 EXP/LU
3 xxxx01 EXP/LU(*)

DS字段值设计为兼容服务类型和IPv6流量类别字段中指定的IP优先级子字段。AF和EF提供比简单的“尽力而为”更好的服务

名称 值 参考文献 描述
CS0 000000 [RFC2474] 类别选择（尽力而为/常规）
CS1 001000 [RFC2474] 类别选择（优先）
CS2 010000 [RFC2474] 类别选择（立即）
CS3 011000 [RFC2474] 类别选择（瞬间）
CS4 100000 [RFC2474] 类别选择（瞬间覆盖）
CS5 101000 [RFC2474] 类别选择（CRITIC/ECP）
CS6 110000 [RFC2474] 类别选择（网间控制）
CS7 111000 [RFC2474] 类别选择（控制）
AF11 001010 [RFC2597] 保证转发（1，1）
AF12 000000 [RFC2597] 保证转发（1，2）
AF13 001100 [RFC2597] 保证转发（1，3）
AF21 010010 [RFC2597] 保证转发（2，1）
AF22 010100 [RFC2597] 保证转发（2，2）
AF23 010110 [RFC2597] 保证转发（2，3）
AF31 011010 [RFC2597] 保证转发（3，1）
AF32 011100 [RFC2597] 保证转发（3，2）
AF33 011110 [RFC2597] 保证转发（3，3）
AF41 100010 [RFC2597] 保证转发（4，1）
AF42 100100 [RFC2597] 保证转发（4，2）
AF43 100110 [RFC2597] 保证转发（4，3）
EF PHB 101110 [RFC3246] 加速转发，应享受较低的延时，抖动和丢包
VOICE-ADMIT 101100 [RFC5865] 容量许可的流量

(i,j)表示中,i,j分别表示流量类别和丢弃优先级

Internet校验和

Internet校验和是一个被校验数据（如果被计算的字节数为奇数，用0填充）的16位反码和的反码。如果被计算数据包括一个校验和字段，该字段在进行校验和运算之前被设置为0，然后将计算出的校验和填充到该字段。为了检查一个包含校验和字段（头部，有效载荷等）的数据输入是否有效，需要对整个数据块（包括检验和字段）同样计算校验和。由于校验和字段本质上是其余数据校验和的反码，对正确接收的数据计算校验和应产生一个值0；例：

ip_verify

分类寻址

  • A类

    1bit 7bit 24bit
    0 网络号-Net Number 主机号-Host

  • B类

    1bit 1bit 14bit 16bit
    1 0 网络号-Net Number 主机号-Host

  • C类

    1bit 1bit 1bit 21bit 8bit
    1 1 0 网络号-Net Number 主机号-Host

  • D类

    1bit 1bit 1bit 1bit 28bit
    1 1 1 0 多播组号-Multicast Address

  • E类

    1bit 1bit 1bit 1bit 1bit 28bit
    1 1 1 1 0 保留-Reserved

A, B, C类用于单播

子网掩码

由一台主机或路由器实用的分配位，以确定如何从一台主机对应IP地址中获得网络和子网信息。

例，一个IP地址与子网掩码按位与操作：

ip_subnet_mask

可变长度子网掩码

可变长度子网掩码(VLSM)，可用于分割一个网络号，使每个子网支持不同数量的主机。每个路由器和主机除了IP地址，还需要配置一个子网掩码。大多数软件支持VLSM，除了一些旧的路由协议（例如RIP版本1）。

例，使用VLSM分割一个网络号，使每个子网支持不同数量的:

ip_vlsm

  • /24: 允许 32-24=8位（256台主机）
  • /25: 允许 32-25=7位（128台主机）
  • /26: 允许 32-26=6位（64台主机）

广播地址

先将子网掩码取反，然后与ipv4进行或运算得到子网广播地址；

例：

ip_broadcast

子网广播地址由子网掩码首先取反，然后与IPv4地址进行或运算构建而成。在这种情况下，一个/24的子网掩码，剩余的32-24=8位设置为1，得到一个十进制255和子网广播地址128.32.1.255

注意:上面的广播叫做定向广播，目前在Internet中被禁用，其根本不会被路由器转发。

组播地址

  • IPv4

    ipv4_groupcast_addr

    IPv4的UBM(基于单播前缀的组播寻址)地址格式。为单播地址分配/24或更短的前缀，关联的组播地址分配基于前缀234/8，分配的单播前缀和组播组ID的串联。因此，较短的单播前缀分配包含更多单播和组播地址。

    范围（包含） 特殊用途 参考文献
    224.0.0.0~224.0.0.255 本地网络控制；不转发 [RFC5771]
    224.0.1.0~224.0.1.255 互联网络孔子；正常转发 [RFC5771]
    224.0.2.0~224.0.255.255 Ad hoc块1 [RFC5771]
    224.1.0.0~224.1.255.255 保留 [RFC5771]
    224.2.0.0~224.2.255.255 SDP/SAP [RFC4566]
    224.3.0.0~224.4.255.255 Ad hoc 块2 [RFC5771]
    224.5.0.0~224.255.255.255 保留 [IP4MA]
    225.0.0.0~231.255.255.255 保留 [IP4MA]
    232.0.0.0~233.255.255.255 源特定组播(SSM) [RFC4607][RFC4608]
    233.0.0.0~233.251.255.255 GLOP [RFC3180]
    233.252.0.0~233.255.255.255 Ad hoc块3(233.252.0.0/24为文档保留) [RFC5771]
    234.0.0.0~234.255.255.255
    235.0.0.0~238.255.255.255    		 基于单播前缀的IPv4组播地址保留 [RFC6034]
    [IP4MA]
    239.0.0.0~239.255.255.255 管理范围 [RFC2365]

  • IPv6

    ipv6_groupcast_addr

    基本的IPv6组播地址格式包括4个标志位（0，保留：R，包含会合点；P，使用单播前缀；T，是临时的）。4位范围值表示组播的范围（全球，本地等）。组ID编码在低序的112位中。如果P或R位被设置，则使用一种代替格式

    IPv6范围字段的值：

    值 范围
    0 保留
    1 接口/机器本地
    2 链路/子网本地
    3 保留
    4 管理
    5 站点本地
    6~7 未分配
    8 组织本地
    9~d 未分配
    e 全球
    f 保留

    IPv6组播地址标志：

    位字段（标志） 含义 参考文献
    R 会合点（RP）标志（0，常规的；1.包括RP地址） [RFC3956]
    P 前缀标志（0，常规的；1，基于单播前缀的地址） [RFC3306]
    T 临时标志（0，永久分配的；1，临时的） [RFC4291]

    IPv6组播地址空间中的保留地址

    地址 范围 特殊用途 参考文献
    ff01::1 节点 所有节点 [RFC4291]
    ff01::2 节点 所有路由器 [RFC4291]
    ff01::fb 节点 mDNSv6 [IDChes]
    ff02::1 链路 所有节点 [RFC4291]
    ff02::2 链路 所有路由器 [RFC4291]
    ff02::4 链路 DVMRP路由器 [RFC1075]
    ff02::5 链路 OSPFIGP [RFC2328]
    ff02::6 链路 基于OSPFIGP设计的路由器 [RFC2328]
    ff02::9 链路 RIPng路由器 [RFC2080]
    ff02::a 链路 EIGRP路由器 [EIGRP]
    ff02::d 链路 PIM路由器 [RFC5059]
    ff02::16 链路 支持MLDv2的路由器 [RFC3810]
    ff02::6a 链路 所有探测器 [RFC4286]
    ff02::6d 链路 LL-MANET路由器 [RFC5498]
    ff02::fb 链路 mDNSv6 [IDChes]
    ff02::1:2 链路 所有DHCP代理 [RFC3315]
    ff02::1:3 链路 LLMNR [RFC4795]
    ff02::1:ffxx:xxxx 链路 请求节点地址范围 [RFC4291]
    ff05::2 站点 所有路由器 [RFC4291]
    ff05::fb 站点 mDNSv6 [IDChes]
    ff05::1:3 站点 所有DHCP服务器 [RFC3315]
    ff0x:: 可变的 保留 [RFC4291]
    ff0x::fb 可变的 mDNSv6 [IDChes]
    ff0x::101 可变的 NTP [RFC5905]
    ff0x::133 可变的 聚合服务器访问协议 [RFC5352]
    ff0x::18c 可变的 所有AC的地址（CAPWAP） [RFC5415]
    ff3x::/32 （特殊的） SSM块 [RFC4607]

地址转换

IPv4与IPv6地址转换

ip_transform

IPv4地址可以嵌入IPv6地址中，形成一个嵌入IPv4的IPv6地址。有6种不同的格式可用，这取决于使用的IPv6前缀长度。众所周知的前缀64:ff9b::/96可用于IPv4和IPv6单播地址之间的自动转换。

gethostbyname 根据域名查找主机地址

#include <netdb.h>
struct hostend *gethostbyname(const char *hostname);

  • hostname域名

  • 返回值

    成功：返回hostent指针

    struct hostent {
    char  *h_name;
    char **h_aliases;
    int    h_addrtype;
    int    h_length;
    char **h_addr_list;
}

    失败：返回NULL，并设置<netdb.h>中的全局变量h_errno为以下值之一：

    • HOST_NOT_FOUND；
    • TRY_AGAIN；
    • NO_RECOVERY；
    • NO_DATA。

根据域名查找主机地址，它执行的是对A记录的查询，所以只能返回IPv4地址。

gethostbyaddr 根据二进制IP地址查询主机名

#include <netdb.h>
struct hostent *gethostbyaddr(const char *addr, socklen_t len, int family);

  • addr指向存放IPv4地址的某个in_addr结构的指针

  • len结构的大小

  • family地址类型，IPv4：AF_INET

  • 返回值

    成功：非空指针

    失败：NULL

根据二进制IP地址查询主机名。

getservbyname 根据名字查找服务

#include <netdb.h>
struct servent *getservbyname(const char *servname, const char *protoname);

  • servname服务名

  • protoname协议名

  • 返回值

    成功：

    struct servent {
    char  *s_name;
    char **s_aliases;
    int    s_port;
    char  *s_proto;
};

    失败：NULL

根据给定名字查找相应服务。

getservbyport 根据端口号和可选协议查找服务

#include <netdb.h>
struct servent *getservbyport(int port, const char *protoname);

  • port端口号

  • protoname协议名

  • 返回值

    成功：非空指针；

    失败：NULL。

根据给定端口号和可选协议查找相应服务。

getaddrinfo 根据主机名和端口查找地址信息

#include <netdb.h>
int getaddrinfo(const char *hostname, const char *service, 
                const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **result);

  • hostname主机名或地址串（IPv4：点分十进制；IPv6：十六进制数串）

  • service服务名或十进制端口数串

  • hints 指向addrinfo结构的指针（可选），结构体中的以下成员可以被设置：

    • ai_flags

      ai_flags值 含义
      AI_PASSIVE 套接字将用于被动打开。
      AI_CANONNAME 告知getaddrinfo函数返回主机的规范名字。
      AI_NUMERICHOST 防止任何类型的名字到地址映射，hostname参数必须是一个地址串。
      AI_NUMERICSERV 防止任何类型的名字到服务映射，service参数必须是一个十进制端口号数串。
      AI_V4MAPPED 如果同时指定ai_family成员的值为AF_INET6，那么如果没有可用的AAAA记录，就返回与A记录对应的IPv4映射的IPv6地址。
      AI_ALL 如果同时指定AI_V4MAPPED标志，那么除了返回与AAAA记录对应的IPv6地址外，还返回与A记录对应的IPv4映射的IPv6地址。
      AI_ADDRCONFIG 按照所在主机的配置选择返回地址类型，也就是只查找与所在主机回馈接口以外的网络接口配置的IP地址版本一致的地址。

    • ai_family

    • ai_socktype

    • ai_protocol

  • result 指向成员为addrinfo的链表，在以下情况下，该链表的成员个数大于1个：

    • 如果与hostname参数关联的地址有多个，那么适用于所请求地址族（可通过hints结构的ai_family成员设置）的每个地址都返回一个对应的结构；
    • 如果service参数指定的服务支持多个套接字类型，那么每个套接字类型都可能返回一个对应的结构，具体取决于hints结构的ai_socktype成员。

  • 返回值

    • 成功：0
    • 失败：非0

根据主机名和端口返回一个指向addrinfo结构链表的指针。

gai_strerror 查找非0错误的字符串描述符

#include <netdb.h>
const char *gai_strerror(int error);

  • error错误ID

  • 返回值错误消息字符串描述符

    常值 说明
    EAI_AGAIN 名字解析中临时失败
    EAI_BADFLAGS ai_flags的值无效
    EAI_FAIL 名字解析中不可恢复地失败
    EAI_FAMILY 不支持ai_family
    EAI_MEMORY 内存分配失败
    EAI_NONAME hostname或service未提供，或者不可知
    EAI_OVERFLOW 用户参数缓冲区溢出（仅限getnameinfo()函数）
    EAI_SERVICE 不支持ai_socktype类型的service
    EAI_SOCKTYPE 不支持ai_socktype
    EAI_SYSTEM 在errno变量中由系统错误返回

返回非0错误的字符串描述符。

freeaddrinfo 释放地址空间

#include <netdb.h>
void freeaddrinfo(struct addrinfo *ai);
  • ai一个指向addrinfo链表的指针

释放由getaddrinfo返回的存储空间。

getnameinfo 查找主机和服务

#include <netdb.h>
int getnameinfo(const struct sockaddr *sockaddr, socklen_t addrlen,
                char *host, socklen_t hostlen,
                char *serv, socklen_t servlen, int flags);

  • sockaddr套接字地址

  • addrlen套接字地址长度

  • host用于返回的主机字符串

  • hostlen主机字符串长度

  • serv用于返回的服务字符串

  • servlen服务字符串长度

  • flags标志信息

    标志 说明
    NI_DGRAM 数据报服务
    NI_NAMEREQD 若不能从地址解析出名字则返回错误
    NI_NOFQDN 只返回FQDN的主机名部分
    NI_NUMERICHOST 以数串格式返回主机字符串
    NI_NUMERICSCOPE 以数串格式返回范围标识字符串
    NI_NUMERICSERV 以数串格式返回服务字符串

  • 返回值

    成功：0

    失败：非0

返回套接字地址的主机（字符串）和服务（字符串）。

IP选项

IPv4选项

源路径（source route）是由IP数据报的发送者指定的一个IP地址列表。

IPv4源路径称为源和记录路径（source and record routes，SSR，其中LSSR表示宽松的选项，SSRR表示严格的选项）。

ipv4_source_route

向内核传递的源路径

ipv4_getsockopt

getsockopt返回的源路径选项格式

IPv6选项

IPv6首部可以后跟如下几种可选的扩展首部（extention header）：

  • 步跳选项（hop_by_hop options）
  • 目的地选项（destination options）
  • 路径首部（routing header）
  • 分片首部（fragmentation header）
  • 认证首部（authentication header, AH）
  • 安全净荷封装（encapsulating security payload, ESP）

步跳选项

ipv6_hop_by_hop_options1

步跳选项和目的地选项的格式

ipv6_hop_by_hop_options2

个体步跳选项或目的地选项的格式

  • 类型（type） 8bit，用于指定选项值类型

    高序前2位 高序第3位 低序5位
    - 00 跳过本选项，继续处理本首部。
    - 01 丢弃本分组。
    - 00 丢弃本分组，并且不论本分组的目的地址是否为一个多播地址，均发送一个ICMP参数问题类型2错误给发送者。
    - 00 丢弃本分组，并且只在本分组的目的地址不是一个多播地址的前期下，发送一个ICMP参数问题类型2错误给发送者    		 - 0 选项数据在途中无变化。
    - 1 选项数据在途中可能变化。    		 指定选项本身，需要与高序前3位共同标识。

  • 长度（length）指定选项值的长度（不包括类型和长度字段长）

  • 选项值（value）

    ipv6_hop_by_hop_options2_value

inet6_opt_init

#include <netinet/in.h>
int inet6_opt_init(void *extbuf, socklen_t extlen);

  • extbuf扩展缓冲区

  • extlen扩展缓冲区长（8的倍数）

  • 返回值

    成功：容纳一个空扩展首部所需的字节数

    失败：-1

返回容纳一个空扩展首部所需的字节数

inet6_opt_append

#include <netinet/in.h>
int inet6_opt_append(void *extbuf, socklen_t extlen, 
                     int offset, uint8_t type, socklen_t len,
                     uint8_t align, void **databufp);

  • extbuf扩展缓冲区

  • extlen扩展缓冲区长（8的倍数）

  • offset缓冲区偏移量，必须是某个inet6_opt_init或inet6_opt_append调用的返回值

  • type选项类型

  • len选项长度

  • align对齐要求（不需要显式指定）

  • databufp用于返回指向所添加选项值的填写位置的一个指针

  • 返回值

    成功：添加指定的个体选项后更新的扩展首部总长度

    失败：-1

返回添加指定的个体选项后更新的扩展首部总长度

inet6_opt_finish

#include <netinet/in.h>
int inet6_opt_finish(void *extbuf, socklen_t extlen, int offset);

  • extbuf扩展缓冲区

  • extlen扩展缓冲区长（8的倍数）

  • offset缓冲区偏移量，必须是某个inet6_opt_init或inet6_opt_append调用的返回值

  • 返回值

    成功：完成设置后更新的扩展首部总长度

    失败：-1

结束一个扩展首部的设置，添加填充使得总长度为8的倍数

inet6_opt_set_val

#include <netinet/in.h>
int inet6_opt_set_val(void *databuf, int offset,
                      const void *val, socklen_t vallen);
  • databuf 缓冲区
  • offset缓冲区偏移量，必须是某个inet6_opt_init或inet6_opt_append调用的返回值
  • val复制到选项值缓冲区中的值
  • vallen复制到选项值缓冲区中的值长度
  • 返回值 date_buf中新的偏移

把给定的选项值复制到由inet6_opt_append返回的数据缓冲区中

inet6_opt_next

#include <netinet/in.h>
int inet6_opt_next(const void *extbuf, socklen_t extlen, int offset,
                   uint8_t *typep, socklen_t *lenp, void **databuf);

  • extbuf缓冲区

  • extlen缓冲区长度

  • offset缓冲区的偏移量

  • typep游动选项的类型

  • lenp游动选项的长度

  • databuf游动选项的值

  • 返回值

    成功：选项偏移量

    失败：-1

处理缓冲区中的下一个选项

inet6_opt_find

#include <netinet/in.h>
int inet6_opt_find(const void *extbuf, socklen_t extlen, int offset,
                   uint8_t type, socklen_t *lenp, void **databufp);

  • extbuf缓冲区

  • extlen缓冲区长度

  • offset缓冲区的偏移量

  • typep游动选项的类型

  • lenp游动选项的长度

  • databuf游动选项的值

  • 返回值

    成功：选项偏移量

    失败：-1

处理缓冲区中的指定的选项

inet6_opt_get_val

#include <netinet/in.h>
int inet6_opt_get_val(const void *databuf, int offset, 
                      void *val, socklen_t vallen);

  • databuf游动选项的值

  • offset缓冲区的偏移量

  • val复制到选项值缓冲区中的值

  • vallen复制到选项值缓冲区中的值长度

  • 返回值

    成功：databuf中新的偏移

    失败：-1

从选项值中抽取数据

IP转发

转发表

IP转发逐跳进行，路由或转发表中的每个条目包含以下字段信息：

  • 目的地(32位/128位)：用于与一个掩码操作结果相匹配
  • 掩码(32位/128位)：用作数据报目的IP地址按位与操作
  • 下一跳：下一个IP实体，数据报将发送给它
  • 接口：包含一个由IP层使用的标识符，以确定将数据报发送到下一跳的网络接口

最长前缀匹配算法

  1. 在表中搜索具有以下属性的所有条目：$(D^{m_j})=d_j$，其中$m_j$是索引为j的转发条目$e_j$的掩码字段值，$d_j$是转发条目$e_j$的目的地字段值。这意味着目的IP地址D与每个转发表条目中的掩码$(m_j)$执行按位与，并将该结果与同一转发条目中的目的地$(d_j)$比较。如果满足这个属性，该条目（这里为$e_j$）与目的IP地址相“匹配”。当进行匹配时，该算法查看这个条目的索引（这里为j），以及在掩码$m_j$中有多少位设置为1.设置为1的位数越多，说明匹配得“越好”。
  2. 选择最匹配的条目$e_k$（即掩码$m_k$中最多位为1得条目），并将其下一跳字段$n_k$作为转发数据报的下一跳IP地址。

如果在转发表中没有发现匹配的条目，这个数据报无法交付，返回一个“主机不可达”错误。

移动IP

TODO

参考

  • [美] Kevin R. Fall, [美] W. Richard Stevens. TCP/IP详解-卷一 . 3th Edition