深入理解Linux网络技术内幕——IPv4 概念

1.大蓝图

大蓝图展示了IPv4协议与其他子系统之间的联系，保罗设备驱动、Netfilter、L4 层协议等之间的互动。

IPv4协议中的报文

我们可以大致看出数据在IPv4协议中的流向，

接收报文

设备驱动处理完硬件介绍到的数据后，IPv4协议的ip_rcv函数（net_receive_skb调用）得到了属于IPv4的报文，接着调用ip_rcv_finish对报文进行分析。判断是该转发还是交付本地上层协议。

如果是本地报文，则传给ip_local_deliver处理，如果是转发，那就交付ip_forward进行转发处理。

发送报文

对于接收到的属于转发的报文（来自ip_forward_finish）以及L4层传下来的报文，需要进行分析后传给设备驱动，发往其他系统。其流程主要是通过ip_finish_ouput进行。最后调用hard_start_xmit传给网卡设备驱动程序。

IPv4协议的任务

健康检查：

 （略）

防火墙：

Netfilter在报文的生存周期里会多次被调用，以便处理报文。

处理选项：

应用程序设定的一些选项。

分段/重组：

IP报头的len选项可以表达64k数据段的长度，但是实际网络中不能传输那么大的数据，网络传输中一般有一个MTU，当要传输的数据报数据段超过这个MTU时，就必须进行分段、重组。

接收、传输与转发：

（略）

IP报头

服务类型：

（Type of service：TOS） 服务于Qos，现在用于差别服务，用于对报文进行差别对待。

标志：

重要字段

ＤＦ：不分段

ＭＦ：分段

分段偏移量：用于分段／重组

存活时间： 报文多少秒后就要被抛弃

协议：L4层协议标志

选项：

提供给应用程序对IP报文 是否进行分段、如何传输、路由选择等进行拓展。

分段和重组

前面已经说过，IP报头的len字段可以表达64k数据段的报文长度，但是实际网络无法传输这样大的数据，而存在MTU，报文长度超过MTU时，会被分成若干个长度为MTU的报分段（最后一个分段可能比较小），再分别进行传输。

IP分段一般在目的主机进行重组，（中间设备如果需要查看整个ip报文，那么也需要进行报文重组）。

分段和重组工作会占用CPU和内存，且可能会占用多余的网络带宽，产生比较大的开开销。有时我们需要避免分段和重组。

理论上上层协议不知道IP层在何时进行分段和重组操作，但是应用程序可以通过使用比其可以使用的MTU更小的尺寸传输数据，以避免报文分段工作。（可以看做吧分段放在应用层处理，但实际上它确实能够改善响应时间）。

路径MTU的发现

与用户配置、出口设备、默认值576、ICMP检测等相关。

检验和

检验报文是否错误、甚至修复错误。