一、IP报文首部格式

IP首部

字段解释
- Version
  4：表示为IPV4；
  6：表示为IPV6。
- IHL
  首部长度，如果不带Option字段，则为20，最长为60，该值限制了记录路由选项。以4字节为一个单位。
- Type of Service
  服务类型。只有在有QoS差分服务要求时这个字段才起作用。
- Total Length
  总长度，整个IP数据报的长度，包括首部和数据之和，单位为字节，最长65535，总长度必须不超过最大传输单元MTU。
- Identification
  标识，主机每发一个报文，加1，分片重组时会用到该字段。
- Flags
  标志位：
  Bit 0: 保留位，必须为0。
  Bit 1: DF（Don't Fragment），能否分片位，0表示可以分片，1表示不能分片。
  Bit 2: MF（More Fragment），表示是否该报文为最后一片，0表示最后一片，1代表后面还有。
- Fragment Offset
  片偏移：分片重组时会用到该字段。表示较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置。以8个字节为偏移单位。
- Time to Live
  生存时间：可经过的最多路由数，即数据包在网络中可通过的路由器数的最大值。
- Protocol
  协议：下一层协议。指出此数据包携带的数据使用何种协议，以便目的主机的IP层将数据部分上交给哪个进程处理。
- Header Checksum
  首部检验和，只检验数据包的首部，不检验数据部分。这里不采用CRC检验码，而采用简单的计算方法。
- Source Address
  源IP地址。
- Destination Address
  目的IP地址。
- Options
  可变选项字段，用来支持排错，测量以及安全等措施，内容丰富。选项字段长度可变，从1字节到40字节不等，取决于所选项的功能。
- Padding
  可变填充字段，全填0。

二、实现IP源站路由

2.1 源站路由

源站路由可以事先规定IP数据包所经过得路由器,每经过一个路由器就改变数据包的目的地址（下一跳）
使用IP头部中的option字段记录路由IP。该字段最大40字节，因此最多存放9个IP，记录格式如下：

源站路由

Type：占1字节，code 的值此处设为137。

严格：0x89，清单中的相连两个地址，经过的路由器必须是直连的（因此此时路由器不需要有路由就能转发该数据包）,如果所指下一跳不在路由器的直连网络中，将返回一个“源站路由失败”的ICMP差错报文。
宽松：0x83，清单中的相连两个地址，可以经过几个路由器到达

length：占1字节，记录整个选项的长度。
pointer：指针项，占1个字节，指向下一个被处理的源站地址，最小值为4。

2.2 运行过程

发送主机从应用程序接收源站路由清单，最后一个表项（它是数据报的最终目的地址），剩余的为所有经过的下一跳，每经过一个设备都会检查是否是最终目标，如不是则从列表中读取下一项作为数据包下一跳的目的地址，同时数据包每从一个路由器发出，就记录其出接口的地址，用其替换掉清单中的上一跳地址，数据包返回时任然按照原来的路径返回。
如下图，主机S上的发送应用程序发送一份数据报给D，指定源路由为R1，R2和R3。#表示指针字段，其值分别是4、8、12和16（一个值表示一个32位IP）。长度字段恒为1 5（三个IP地址加上三个字节首部）。可以看出，每一跳IP数据报中的目的地址都发生改变。

IP源路由

2.3 Python实现

实验环境
在Ensp上搭建测试网络，其中各路由器上只有直连路由。

源路由实验
Python脚本

#!/usr/bin/python3.4
# -*- coding=utf-8 -*-

from kamene.all import *
import struct

def ip_sec(ip):
    '''对IP地址进行Bytes转换'''
    ip_l = ip.split(".")
    a = struct.pack(">B", int(ip_l[0]))
    b = struct.pack(">B", int(ip_l[1]))
    c = struct.pack(">B", int(ip_l[2]))
    d = struct.pack(">B", int(ip_l[3]))
    return a + b + c + d

def try_lsrr(dst,lsrr_hop):
    r2=ip_sec(lsrr_hop[1])
    D=ip_sec(dst)
    ip_options = b'\x83\x0B\x04'+r2+D+b"\x00"
    #\x83表示宽松源站路由，\x0B表示长度，\x04表示指针，紧跟着四个字节的IP地址（真正的目的地址），\x00补齐8字节边作为结束位。
    #长度为：3(前options前3字节）+8(r2+D)字节
    pkt = IP(dst=lsrr_hop[0], options=IPOption(ip_options))/ICMP(type=8,code=0)
    #目的地址为源站路由的地址，正真的目的地址放在IP选项内
    a=sr1(pkt,timeout = 1, verbose=True)
    result = a
if __name__ == '__main__':
    dest=input("目的IP>>>")
    lsr_route=input("经过的下一跳>>>")
    lsr_hop=lsr_route.split(" ")
    try_lsrr(dest, lsr_hop)

执行效果
在Pycharm上执行脚本。

运行效果

在R1-R2间抓包，可以看到此时request包当前目的为172.16.10.2，IP option中下一跳指向172.16.20.2，实际目标地址为172.16.30.2。

R1-R2

在R2-R3之间抓包，此时request包当前目的变为了172.16.20.2，IP Options中记录上一跳的出接口地址172.16.20.1，实际目的地址为172.16.30.2.

R2-R3

在R3-R4之间抓包，此时request包马上到达目标地址172.16.30.2，IP Options中记录着前两跳的出接口地址。

R3-R4

再看reply包，目的地址为172.16.16.30，IP Options中下一跳为172.16.20.1，实际目标地址为192.168.10.112.

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Python网络编程3--实现IP源站路由