四 川 理 工 学 院

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(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。

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：记数统计量：全局变量：ipq：类型Struct,说明—>重装表2：函数设计：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_ENDIANChar ip_hl=4,ip_v=4;#endif#if BYTE_ORDER==BIG_ENDIANchar ip_v=4,ip_hl=4;#endifchar 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）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_ENDIANunsigned char ip_hl=4,ip_v=4;#endif#if BYTE_ORDER==BIG_ENDIANusigned char ip_v=4,ip_hl=4;#endifunsigned 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*/}struct pkthdr{int len; /*数据报总长*/}struct mbuf{struct m_hdr;union{struct{ struct pkthdr MH_pkthdr;union{char MH_databuf[MHLEN];}MH_dat;char M_databuf[MLEN];}M_dat;};本次设计用到的宏定义：#define m_next m_hdr.mh_next#define m_len m_hdr.mh_len#define m_pkthdr M_dat.MH.MH_phthdr#define dtom(x) ((struct mbuf *)((int)(x)&~(MSIZE-1) /*取得一个放在mbuf中任意位置的数据指针，并返回一mbuf * 本身结构的指针*/分配mbuf函数m_get实现：struct mbuf *int nowait,type;m_get(nowait,type){struct mbuf *m;MGET(m,nowait,type);return(m);}ipintr代码:void ipintr()/*对收到分片的处理*/{struct ip *ip;struct mbuf *m;struct ipq *fp;struct mbuf *m;/*缓冲区指针*/int hlen；next：s=splimp();/*调用中断*/IF_DEQUEUE(&ipintrq,m);splx(s);/*打开网络中断*/if(m==0) return;if(ip->ip_off&&ip->IP_DF){/*如果分片位或更多分片为*0，则必须重装，反之则跳过重装*/ if(m->m_flags&M_EXT){if(m=m_pullup(m,sizeof(struct ip))==0)ipstat.ips_toosmall++;goto next;}ip=mtod(m,struct *ip);}/*搜索此数据报分片对列*/for(fp=ipq.next;fp!=&ipq;fp=fp->next)if(ip->ip_id==fp->ipq_id&&ip->src.s_addr==fp->ipq_src.s_ addr&&ip->ip_dst.s_addr==fp->ipq_dst.s_addr&&ip->ip_p ==fp->ipq_p) goto found;found: /*调整ip_len*/ip->ip_len-=heln; /*有更多分片就创建ip_mff,并将偏移量*/ ((struct ipasfrag *)ip)->ip_mff&=~1;/ *转换成字节*/if(ip->ip_off&IP_MF) ((struct ipasfrag *) ip)->ipf_mff |=1; ip->ip_off<<=3;if(((struct ipasfrag *) ip)->ipf_mff&1||ip->ip_off)ipstat.ips_fragments++;/*如果此数据报有更多的分片或者这不是第一个分片，就试图重*装，调用ip_reass函数，如果成功，就继续*/ip=ip_reass((struct ipasfrag *)ip,fp)；if(ip==0) goto next;ipstat.ips_reassembled++;m=dtom(ip);}else if(fp) ip_freef(fp);}else ip->ip_len-=hlen;}ip_reass函数实现：struct ip *struct ipasfrag *ip;struct ipq *fp;ip_reass(ip,fp){ struct mbuf *m=dtom(ip);struct ipasfrag *q;struct mbuf *t;int hlen=ip->ip_hl<<2;/*int i,next;m->m_data+=heln;m->m_len-=hlen;/*当第一个分片到来时，创建一个重装表*/if(fp==0){if(t=m_get(M_DONTWAIT,MT_FTABLE))==null)goto dropfrag;fp=mtod(t,struct ipq *);insque(fp,&ipq);fp->ipq_ttl=IPFRAGTTL;fp->ipq_p=ip->ip_p;fp->ipq_id=ip->ip_id;fp->ipq_next=fp->ipq_prev=(struct ipasfrag *) fp;fp->ipq_src=((struct ip *) ip)->ip_src;p->ipq_dst=((struct ip *) ip)->ip_dst;q=(struct ipasfrag *) fp;goto insert;}for(q=fp->ipq_next;q!=(struct ipasfrag *) fp;q=q->ipf_next) if(q->ip_off>ip->ip_off) break;/*搜索数据链表找到一个偏移*大于ip_off的*分片*/if(q->ipf_prev!=(struct ipasfrag *)fp){i=q->ipf_prev->ip_off+q->ipf_prev->ip_len-ip->ip_off;if(i>0){/*把新片中与早到分片末尾重叠的字节丢弃，切断重复部分，或*者新片在以前都已经出现，则丢弃所有新片*/if(i>=ip->ip_len) goto dropfrag;m_adj(dtom(ip),i);ip->ip_off+=i;ip->ip_len-=i;}}while(q!=(struct ipasfrag*)fp&&ip->ip_off+ip->ip_len>ip-> ip_off){i=(ip->ip_off)+ip->ip_len-q->ip_off;q->ip_len-=i;q->ip_off+=i;m_adj(dtom(q),i);break;}q=q->ipf_next;m_freem(dtom(q->ipf_prev));ip_deq(q->ipf_prev);}/*截断或丢弃已有的分片*/insert:ip_enq(ip,q->ipf_prev);next=0;for(q=fp->ipq_next;q!=(struct ipasfrag *)fp;q=q->ipf_next){ if(q->ip_off!=next) return 0;next +=q->ip_len;}if(q->ipf_prev->ipf_mff&1) return 0;/*将到达分片插入重装链*表*/q=fp->ipq_next;m=dtom(q);t=m->m_next;m->m_next=0;m_cat(m,t);q=q->ipf_next;while(q!=(struct ipasfrag *)fp){t=dtom(q);q=q->ipf_next;m_cat(m,t);}/*如果所有分片都已接收，用m_cat把分片重装成数据报*/ip=fp->ipq_next;ip->ip_len=next;ip->ipf_mff&=~1;((struct ip *)ip)->ip_src=fp->ipq_src;((struct ip *)ip)->ip_dst=fp->ipq_dst;remque(fp);(void) m_free(dtom(fp));m=dtom(ip);m->m_len+=(ip->ip_hl<<2);m->m_data-=(ip->ip_hl<<2);/*重建数据报首部*/if(m->m_flags&M_PKTHDR){int plen=0;for( t=m; m;m=m->m_next)plen+=m->m_len;t->m_pkthdr.len=plen;}return( (struct ip *)ip);/*计算缓存链中数据的字节数，并保存在* m_pkthdr.len中*/}心得体会通过本次课程设计，我们深入理解了IP协议中重装的原理。