本章开始讲解 ICMP 协议，通过学习 ICMP 协议，我们可以顺便掌握 Raw Sockets，中译名为原始套接字。在学习 ICMP 前，还需要简单的了解一下 IP 协议。
IP 协议是 TCP/IP 协议族中最核心的协议，TCP、UDP、ICMP 等众多协议需要依赖它工作。
1. IP 首部
1.1 IP 首部格式
图1 IP 首部
IP 首部相比 TCP 首部要简单的多。因为 TCP 是可靠协议，所以需要更多的字段。
1.2 IP 首部结构体
该结构体定义在 netinet/ip.h 中。不过为了方便学习，我将该结构体定义在了 unp/include/ip.h，写程序的时候，只要引用该头文件即可。
需要注意该结构体中所有数据都是网络字节序。另一方面，需要注意大小端机器中有些字段摆放的位置是不一样的。结构体中用宏定义 __BYTE_ORDER 的值来判断。比如在小端机器中，第一个字节的高 4 位表示的是版本号，低 4 位表示的是首部长度；而在大端机器中恰好相反。
结构体中有些成员后面有一个冒号，后面跟着数字，相关知识请搜索“位域”，本文就不讲解了。
// IP首部数据结构 // 都是网络字节序 struct ip{ // 主机字节序判断 #if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN uint8_t ip_hl:4; // 首部长度 uint8_t ip_v:4; // 版本 #endif #if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN uint8_t ip_v:4; uint8_t ip_hl:4; #endif uint8_t ip_tos; // 服务类型 uint16_t ip_len; // 总长度 uint16_t ip_id; // 标识符 uint16_t ip_off; // 标志和片偏移 uint8_t ip_ttl; // 生存时间 uint8_t ip_p; // 协议 uint16_t ip_sum; // 校验和 struct in_addr ip_src; // 32位源ip地址 struct in_addr ip_dst; // 32位目的ip地址 // 可选项、数组起始部分 };2. 字段解释
- 4 位版本号
- 目前协议版本号是 4，即 IPv4.
- 4 位首部长度
- 它的单位是 4 字节。比如如果首部长度是 0x05，则首部长度就是 20 字节。
- 服务类型（TOS）
- 不同的应用程序，可能有不能的需求，有的需要大呑吐量，有的要低时延，有的要可靠性高等等，该字段可以设置不同的值，来满足不同应用程序的需求。如今，大多数 TCP/IP 协议都不使用该字段了，将其设置为 0.
- 总长度字段
- 单位是 1 字节。利用总长度字段和首部长度，可以计算出 IP 数据报中内容的起始位置和长度（总长度减首部长度）。因为该字段为 16 bit，这意味着 IP 数据报总长度可以达到 65535 字节。
- 标识字段
-
该字段能够唯一标识主机发送的每一个完整的数据报。所谓一个完整的数据报，是指两种情况：
- 如果 IP 数据报不分片，它本身就是完整的
- 如果 IP 数据报被分片，则所有标识号相同的数据报可以组装成一个完整的数据报。
- 3 位标识
-
这三个标志位分别是：
- RF (Reservd Fragment，保留位，总是为 0)
- DF (Do Not Fragment，不分片，没有分片)
- MF (More Fragment，还有更多分片)
- TTL 字段
- 该字段表示该数据报最多可以经过多少路由器。当该字段为 0 时，数据报就被丢弃。
- 首部检验和
- 只计算 IP 首部的检验和，该算法名为二进制反码和（ones-complement sum）。为了计算一份数据报的 IP 检验和，首先把检验和字段设置成 0，然后对首部每 16 bit 进行二进制反码求和。
- 8 位协议
-
表示 IP 数据报的数据部分承载的是什么协议。比如该值为 6 时，则 IP 数据报承载 TCP 协议，如果是 17，则承载 UDP 协议，如果是 1，则承载 ICMP 协议。
回忆 socket 函数的第三个参数 —— protocol，在创建 IP 数据报时，内核会将该值填入到 8 位协议字段或者该套接字只接收 protocol 协议的 IP 数据报。
你可以在 netinet/in.h 文件中找到所有协议代号。
- 源 IP 地址和目的 IP 地址
- 每一个 IP 数据报都包含这两个字段，它标识了发送者和接收者的 IP 地址。
- 可选项
-
该选项可以不存在。如果有的话，通常有下面几种：
- 安全和处理限制
- 记录路径
- 时间戳
- 宽松的源站路由
- 严格的源站路由
3. 总结
- 掌握 IP 首部各个字段
