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IP协议设计实现—重装模块(一)
内容摘要
IP协议（网际协议），是TCP/IP 协议族中最为核心的协议。所有的数据在此协议机制下都以IP数据报的格式传输。当分组过大不适合在所选硬件接口（即不同网络）上发送时，就要对其分片。在目的主机上再把所有分片组装成一个完整的数据报，提交给上层协议处理。本次设计开发工具为Turboc2.o+win2000，由我们3人独立完成，采用结构化设计思想完成对所有分片的重装，实现IP协议的重装模快。
（一）IP协议重装原理及功能分析
1：设计背景
我们知道，每一个数据链路层都有自己的帧格式，在格式里面规定了数据的最大长度，即MTU。当数据报封装成帧时，长度都应该小于此长度，因此，为了适应不同网络，就要对IP数据报进行分片，分片带来的问题就是要对分片进行重装。
2：重装依据—>IP数据报首部
0 15 16 31
4位版本 4位首部长度 8位TOS 16位总长度（字节）
16位标识 3位标志 13位片偏移
8位TTL 8位协议 16位首部检验和
32位源IP地址
32位目的IP地址
32位选项
数据
(图1)IP首部
首部共20字节。
把一份IP数据报分片后，只有到达目的地才进行重新组装。重新组装由目的端的IP层来完成，其目的是分片与重新组装过程对传输层是透明的。如图（1）IP首部为分片后的重装提供了必要的信息：首先，其标识字段包含一个唯一的值，该值在分片后被复制到每个片中；其次，标志字段由3个1bit组成，比特0是保留的，必须为0，比特1是“不分片”，比特2是表示“更多的片”标志，标志字段其它13bit指出该片偏移原始数据报开始处的位置，以8字节单元计算，因此，除最后一个分片外，其他每个分片都望是一个8字节倍数的数据，从而使后面的分片从8字节开始。当数据被分片后，片总长要改为该片的长度。当IP数据报被分片后，每个片都有自己的首部，这样在目的端就有足够的信息来组装这些数据报分片。
处理思想：
IP协议是个无连接的协议，无连接是指IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息，因此它不能保证分片都按序到达，另外，属于一个数据报的分片也可能与另一个数据报分片混杂在一起，。为了解决上述问题，我们可
以用重装表图（2）和一些想关链表完成。重装表做的就是找出当前分片是那个组的，将属于同一个数据报的分片进行排序，当所有的分片都到达时将它们重新组装成一个数据报，当然在接收数据时都有一定时间限制，当建立的超时限已过，同时有的分片丢失了，则将接受到的分片都丢掉。
处理过程：
当接收到一个IP数据报时，如果其的片偏移为0而还有“更多分片“也为0，则将数据报发送到适当对列，反之，就去查找重装表项目，如果没有找到，就建立一个新的项目，找到了就在链表适当地方插入此分片。当所有的分片都已经到达，就重装这些分片，将其发送到高层协议，反之，就检查是否超时，如果超时，就丢弃所有分片同时发送ICMP差错报文。
功能分析：
通过上述处理就完成了对分片的重装，就实现不同网络中数据帧的传输。
ST SA DI To F
……….
——>链表
图（2）重装表
——>链表
ST:状态；SA:源址，DI:数据报ID；TO:超时；F:分片
（二）数据结构定义及处理流程
1：变量定义：
数据报首部：
数据报首部 说明
ip_id 标识字段
ip_off 标志字段
IP_DF 标志字段的”不分片”标志
IP_MF “更多分片“标志
ip_src 源地址
ip_dst 目的地址
ip_p 协议值
ip_len 数据报长度
记数统计量：
ipstat成员 说明
ips_cantfrag 要求分片但被DF禁止而没有发送的数据报报数
ips_odropped 内存不足而被丢弃的分组数
ips_ofragments 被发送的分组数
ips_fragmented 未输出的分片的分组数
全局变量：
ipq：类型Struct,说明—>重装表
2：函数设计：
函数 说明
ipintr() 接收分片并交给ip_reass()处理，最后由它把封装好的数据报传给上层
ip_reass() 接受来自ipintr()的分片，并对其进行重装，最后把重装好的数据报交给ipintr()函数
3用到的数据结构以及必要的说明：
ipq(重装表)结构：
struct ipq{
struct ipq *next,*prev; /*重组报头*/
char ipq_tll; /*重装生存时间*/
char ipq_p; /*此片用到的协议*/
short ipq_id; /*重装序列号*/
struct ipastrag *ipq_next,*ipq_prve; /*分片的IP报头*/
struct in_addr, ipq_src,ipq_dst; /*地址清单、目的与源地址*/
}
ipasfrag（过度结构）结构：
struct ipasfrag{
/* 预处理*/
#if BYTE_ORDER==LITTLE_ENDIAN
Char ip_hl=4,ip_v=4;
#endif
#if BYTE_ORDER==BIG_ENDIAN
char ip_v=4,ip_hl=4;
#endif
char ipf_mff; /* ipf_mff成员覆盖ip结构中的服务字段，*/
/*防止报头损坏，从标志字段复制*/
short ip_len/*下是报头定义，与ipq结构类似*/
unsigned short ip_id;
short ip_off;
unsigned char ip_p;
unsigned short ip_sum;
struct ipasfrag *ipf_next,*ipf_prev;
}
3详细流程：
ipintr先要对接收到的分片进行处理，如果它检查到MF或分片偏移为非0，则分组就是一个必须重装的分片，反之，就可以跳过重装。当一个缓存区无法容纳分组时，接口就将整个分组返回，在ipintr函数中在处理前应将IP首部移到缓冲区上。ipintr把一个要处理的分片传给和一个指针传给ip_reass,其中指针指向ipq中匹配的的重装首部，ip_reass可能把分片重装并返回一个完整的数据报（只有一个分片），也可能将该分片链接到数据报的重装链表上（不只一个分片），等其他分片到达后重装。ip_reass在一个由ipf_next和ipf_prev链接起来的双向循环链表上，并收集某个数据报分片。当在重装时产生错误，ip_reass就丢弃该分片，返回一个空。在设计中，最多实现重装576字节的数据报。ip_reass先创建重装表，然后切断分组，在重装表中找相应位置，插入分组，再重装数据报。
流程图：图（3）
以上就是重装的流程图。在超时检查时，如果没有超时，则继续接收，直到完成为止。
（三）基本代码实现
由于只有一个模快，故没有主函数main(),以下就是函数ipintr()与ip_reass的实现以及必要的说明，其中的数据结构定义包含在chong_z.h中。
IP数据报首部定义：
struct ip{
/* 预处理*/
#if BYTE_ORDER==LITTLE_ENDIAN
unsigned char ip_hl=4,ip_v=4;
#endif
#if BYTE_ORDER==BIG_ENDIAN
usigned char ip_v=4,ip_hl=4;
#endif
unsigned char ip_tos;/*服务类型，下面的前面已给出*/
short ip_len;
short id;
short ip_off;
#define IP_DF 0x4000;/*不分片标志*/
#define IP_MF 0x2000;/*更多分片标志*/
#define IP_OFFMASK 0x1fff;/* 分段位*/
unsigned char ip_ttl;
unsigned char ip_p;
unsigned short ip_sum;/*检验和*/
struct in_addr,ip_src,ip_dst;
};
mbuf缓冲区定义：
struct m_hdr{
struct mbuf *mh_next;/*链表的下一个缓冲区*/
struct mbuf *mh_nextpkt;/*对列中的下个链表*/
int mh_len; /*缓冲区数据总数*/
short mh_type; /*数据类型*/
short mh_flags; /*标志位*
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