1. IPプロトコルの概要

また、ネットワーク層に属するインターネットプロトコルとして知られているIPプロトコル（インターネットプロトコル）。宛先ホストに送信元ホストからのデータの送信を担当一意の識別子としてIPプロトコルIPアドレス、。

IPプロトコルはコネクション信頼性の低いデータグラム配信プロトコルで、プロトコル自体は、任意のエラーチェックと回復メカニズムを提供していません。

1.1 IPアドレス

インターネットでは、各ホストは、識別マークとしてユニークなIPアドレスを持っています。

（1）カテゴリーのアドレッシング

Aクラス、クラスB、クラスC、クラスD、Eクラス、図中の以下の組成：IPアドレスは、5つのカテゴリーに分けることができます。

以下に示すように、IPアドレスの特長。

（2）特別なIPアドレス

特別な目的のために使用される特殊なIPアドレスは、ネットワークのいずれかを使用してホストに割り当てられていません。

限定ブロードキャストアドレス	ネットワーク番号、ホスト番号の完全なアドレス（255.255.255.255）1、およびインターネット上のホスト。しかし、ルータによるIPアドレスが255.255.255.255のデータパケットを転送を禁止し、このパケットはLANで放送されます。
ダイレクトブロードキャストアドレス	示すフルアドレスホスト番号1、そのLAN上のすべてのホスト、
マルチキャストアドレス	マルチキャストアドレス、送信側、受信側の複数に属するクラスDアドレス。宛先アドレスとしてクラスDのIPアドレスは、送信元IPアドレスとして使用することができません。
ループバックアドレス	クラスAアドレスは、すべてのアドレスは、プロトコルが動作しているネットワークをテストする127のセグメント・ループバックアドレスです。たとえば、pingを127.1.1.1は、ローカルのTCP / IPプロトコルが正しく動作しているテストすることができます。
このネットワークこのホスト	完全なアドレスは、IPアドレス（0.0.0.0）0であり、これはこのネットワークホストことを示しています。ローカルIPアドレスのあいまいな状況の送信元アドレスとしてアドレスのみ。

1.2 LAN、WAN、インターネット

また、ネットワークとして知られているLAN（LANと略称するローカルエリアネットワーク）、コンピュータネットワークは、ローカルエリアをカバーします。

WAN（外部、公衆ネットワークとして知られているWAN略称（ワイドエリアネットワーク）、通信の異なる領域に接続されたコンピュータネットワーク。

数多くのLANを経由してWANの配線で形成されたインターネットは、収束します。

LAN、WAN、インターネット間の相互関係を下記のように。

無線ルータは、携帯電話のために、コンピュータがLAN IP（LAN-IP）を割り当てます。ルータのIPアドレスは、オペレータ（ローカルIPアドレスのオペレータ）によって割り当てられ、このアドレスは、WAN（WAN-IP）のIPアドレスに変換されます。WAN IPアドレス（WAN-IP）は、インターネットを入力して、公共のインターネットIPアドレス（グローバル-IP）に変換する必要があります。
IP通信ネットワークアドレス変換：LAN-IP < - > WAN-IP < - >グローバルIP。

1.3ネットワークアドレス変換

NAT（ネットワークアドレス変換）、ネットワークアドレス変換、およびその機能は、LAN IPアドレスおよびWANのIPアドレスを切り替えることで、完全なLAN-IP < - > WAN-IP間の変換。

例：

NAT機能を有するルータLAN内の通信のために、2つのIPアドレス、内部アドレスを有し、外部アドレスを、広域ネットワークと通信するために、オペレータによって割り当てられます。
NAT機能を持つルータはNAT変換テーブルの内部を維持しています。ルータはLAN IPデータグラムを受信すると、ルータは（例：ポート6666）のデータグラムのためにその内部NATのポートを割り当てます、ローカルエリアネットワークホストのIPアドレス（192.168.0.181:5555）およびWAN IPアドレス（223.166.166.66： 6666）フォームマッピング。よって、広域ネットワークと通信するためにLANホストを可能にします。
NAT、各LANのホストNATが割り当てる一意のポート番号、および障害ポート番号を回復に接続されたルータ。

2. IPパケット

2.1 IPパケット形式

バージョン：IPプロトコルのバージョン番号。IPv4のバージョン番号は、IPv6バージョン6で、4です。
ヘッダ長：IP記録スペース、ユニット「単語」ヘッダが占めていました。IPヘッダの最大長さは15 * 4 = 60Byteであるので、4ビットを占めます。
サービス（TOS）の種類：異なるIPパケットを区別するために使用。このようなIPパケットとしてより合理的な経路を容易にするために、ルータ、例えば、いくつかの特別な要件低レイテンシ、高スループット又はデータパケットの信頼性を区別します。
データグラムの長さ：IPパケットの全長は、IPヘッダ長+データ領域には、単位は「バイト」。長さはこれ以上イーサネットデータフレーム（mtu_maxは= 1500Byte）の最大長より一般的に、断片化された送信すべき必要性を超えません。長さはMTU_MIN（46Byte）未満の場合、MTU_MINの必要性は、送信する前に満たされました。
同定：同じデータグラムに属し、各IPデータグラムフラグメントのために決定します。各々がIPデータグラム、フィールド値+1を送信するステップと、同じIPデータグラムフラグメントに属するフィールドの値に等しいです。
記号：会計3ビット。BIT（0）将来の使用のために予約; BIT（1）データパケットが断片化プロセスが0の場合は無効にすることができます処理し、断片化されたことを示す（データパケット長がmtu_maxはを超えた場合、この時点で、データグラムは廃棄される）; BIT （2）0フラグメントはないその逆、全体のデータグラムの最後の断片であることを示しています。
フラグメントオフセットは：8バイト単位に全IPデータグラムによって運ばれる電流フラグメンテーションオフセットデータを示します。
生存時間（TTL）：IPデータグラムは、ルータ、フィールドマイナス1の値が処理されるたびに、それは0に低下した場合、データグラムは廃棄されます。これにより、IPデータグラムは常に（これは長いループのルーティングの選択に例えば）ネットワーク上で循環されないことを確実にします。
上位層プロトコル：データ伝送プロトコルIPデータグラムの部分を表す（TCP、UDP）を引き渡さなければなりません。
ヘッダーチェックサム：IPデータグラムヘッダのチェックサムとルータを助けるためには、受信したIPデータグラムヘッダが正しいことを検知します。
送信元IPアドレス：送信元ホストのIPアドレス。
送信先IPアドレス：宛先ホストのIPアドレス。
選択：このフィールドは、一部にはありません。LWIPプロトコルスタックは、唯一のオプションフィールドを認識しますが、その内容を処理しません。
データ領域：IPデータグラムキャリーへのデータの量。

PS： IPv4パケットのためにここに記録異なるIPv4およびIPv6パケットフォーマット、。

2.2 IPパケットデータ構造の定義

LWIPは、IPパケット定義は、ヘッダ情報マクロ定義を取得しながらip_hdr構造は、IPパケットヘッダを説明定義され、マクロ定義は、IPパケットのヘッダ情報を提供しました。ソースの場所：lwip_2_1_2 / SRC /コア/ IPv4の/ ip4_frag.c

無効ip_hdr構造を定義する際に、コンパイラ本体のアライメント動作、構造体のフィールドの多くは、ビット演算によるものであるため。

1  PACK_STRUCT_BEGIN
 2  構造体ip_hdr
 。3  {
 4      / * バージョン/ヘッダ長* / 
5      PACK_STRUCT_FLD_8（u8_t _v_hl）;
 6      / * サービスの種類* / 
7。     PACK_STRUCT_FLD_8（u8_t _tos）
 。8      / * データ全長パケット* / 
9。     PACK_STRUCT_FIELD（u16_t _len）;
 10      / * 識別子フィールド* / 
11。     _id u16_t PACK_STRUCT_FIELD（）;
 12である     / * フラグとオフセット* / 
13である     PACK_STRUCT_FIELD（u16_t _offset）;
 14  の#define IP_RF 0x8000U / *予約フラグ* /
15  の#define IP_DF 0x4000U / *ドフラグメントではないフラグ* /
 16  の#define IP_MF 0x2000U / *詳細フラグ・フラグ* /
 17  の#define IP_OFFMASK 0x1fffU / *セグメント* /用マスク
 18      / * 生存時間* / 
。19      PACK_STRUCT_FLD_8（u8_t _ttl）;
 20である     / * 上位プロトコル* / 
21である     PACK_STRUCT_FLD_8（u8_t _proto）;
 22である     / * チェックサム* / 
23である     PACK_STRUCT_FIELD（u16_t _chksum）;
 24      / * 送信元IPアドレスと宛先IPアドレス* / 
25      PACK_STRUCT_FLD_S（SRC ip4_addr_p_t）;
 26である     （DEST ip4_addr_p_t）PACK_STRUCT_FLD_S;
 27 PACK_STRUCT_STRUCT};
 28  PACK_STRUCT_END
 29  
30  
31である / * 各マクロのIPデータグラムヘッダフィールド情報を取得する* / 
32  
33である // 取得プロトコルバージョン
34である の#define IPH_V（HDR）（（HDR） - > _ V_HL >> 4）
 35  // ヘッダ長（ワード）を得る
36  の#define IPH_HL（HDR）（（HDR） - > _ V_HL＆0x0Fの）
 37  // ゲットバイトヘッダの長さ
38である の#define。IPH_HL_BYTES（HDR）（（u8_t）（IPH_HL（HDR）4 * ））
 39は // サービスタイプを取得する
40  の#define IPH_TOS（HDR）（（HDR） - > _ TOS）
 41がされて // 取得したデータパケットの長さ
42がある の#defineIPH_LEN（HDR） - （（HDR）> _ LEN）
 43は、 // データのパケット識別子取得
44であるの に#define（ - > _ ID（HDR））IPH_ID（HDR）
 45  // 取得フラグメンテーションフラグが+オフセット
46がある の#define IPH_OFFSET （HDR）（（HDR） - > _オフセット）
 47  // オフセットを取得しますサイズ（バイト）
48  の#define IPH_OFFSET_BYTES（HDR）\
 49（（u16_t）（（lwip_ntohs（IPH_OFFSET（HDR））＆IP_OFFMASK）* 8U ））
 50  // 生存時間取得し
51である の#define IPH_TTL（HDR）（（HDR） - > _ TTL）
 52れる //を上位層プロトコルを受ける
53である の#define IPH_PROTO（HDR）（（HDR） - > _プロト）
 54である //はチェックを取得そして、
55 #define IPH_CHKSUM（HDR） - （（HDR）> _ CHKSUM）
 56  
57  
58  / * マクロは、IPデータグラムヘッダを埋めるために使用される* / 
59  
60  // 設定ヘッダ長のバージョン番号
61  の#define IPH_VHL_SET（HDR、V、HL ）\
 62（HDR） - > _ V_HL =（u8_t）（（（（V）<< 4）| （HL）））
 63  // サービスタイプを設定する
64  の#define IPH_TOS_SET（HDR、TOS）（HDR） - > _ TOS =（TOS）
 65  // データグラムの全長設定
66  の#define IPH_LEN_SET（LEN HDR）（HDR）を- > _ = LEN（LEN）
 67  // 設定インジケータ
68  の#define IPH_ID_SET（HDR、ID）（HDR） - > = _id（ID）
 69 // 設定されたオフセットフラグメンテーションフラグ
70  の#define IPH_OFFSET_SET（HDR、OFF）（HDR） - > _ =オフセット（OFF）
 71である //は生存時間を設定する
72  の#define IPH_TTL_SET（HDR、TTL）（HDR） - > _ TTL =（u8_t）（TTL）
 73である //は上位プロトコルセット
74  の#define > _プロト=（u8_t）（プロト） - IPH_PROTO_SET（HDR、プロト）（HDR）
 75  // 設定チェックサム
76  の#define IPH_CHKSUM_SET（HDR、CHKSUMを）（HDR） - > _ CHKSUM =（CHKSUM）

IPパケットのデータ構造の定義

3. IPデータグラムのフラグメント

理由（1）処理された断片

IPデータグラムがリンク層に送信され、リンク層フレームにカプセル化リンクレイヤIPデータグラムは、ハードウェアカードは、ターゲットホストにリンク層フレームを送信します。リンク層フレーム中で実施することができるデータの最大量は、最大伝送単位（MTU）と呼ばれる、異なるハードウェアカードMTUは異なっていてもよいです。IPデータグラムの長さがMTUを超えた場合、プロセス必要が送信前にフラグメント化します。

フラグメント処理の原理（2）

フラグメント処理IPデータグラムは、データ領域には、いくつかのより小さいIPデータグラムにIPデータグラムを切断すること、および個々のカプセル化リンク層フレームを送信します。

各スライスIPヘッダは、「フラグ」に加えて、これらの2つのフィールド「フラグメントオフセット」、残りは同一です。
スライスデータ領域の長さが8の倍数でなければならないので、ユニット、フィールドは8バイトである「フラグメントオフセット」。
BIT最終フラグメントフラグ（2）フラグメントが最後のフラグメントであることを示し、0です。
ターゲットホストのIP層、リロードに到達したすべてのフラグメントが完了した後、IPパケットを形成します。

（3）フラグメント処理例

4000Byteホストは、IPデータグラム、リンク層MTU = 1500Byte、元のIPデータグラムの断片化プロセスの必要性を送信します。

元のIPデータグラム（4000Byte）= IPヘッダ（20Byte）+データ領域（3980Byte）、データ領域が切断され、各スライスIP「フラグ」ヘッダを埋めるフィールドを「フラグメントオフセット」。

最初のフラグメント： "フラグ" フィールドのビット（2）= 1、0のフラグメントオフセット、データスライスパケット長（1500Byte）= IPヘッダ（20Byte）+データ領域（1480Byte）。

第2の断片： "フラグ" フィールドのビット（2）= 1、フラグメントオフセット185（8分の1480）、スライスデータパケット長（1500Byte）= IPヘッダ（20Byte）+データ領域（1480Byte） ;

第3のサブシート： "フラグ" フィールドのビット（2）= 0は、断片は、スライスデータパケット長（1040Byte）=（20Byte）+ IPヘッダデータ領域（1020Byte）370（185 + 185）をオフセット。

（4）フラグメント処理ソース

フラグメント処理源は、IPデータグラムの「lwip_2_1_2 / SRC /コア/のIPv4 / ip4_frag.c」、呼び出し先ホスト「ip4_frag（）」関数を配置し、断片化工程に送られます。

4. IPデータグラムを送受信します

IPデータグラムの送信及び受信は、ソースが配置されている：lwip_2_1_2 / SRC /コア/のIPv4 / ip4.c

送信された4.1 IPデータグラム

ときに、トランスポート層の必要データを送信するために、IPネットワーク層プロトコルに送信すべきデータ転送の必要性、IP層がIPデータグラムを送信する「ip4_output（）」関数を呼び出します。
「Ip4_output（）」関数呼び出し「ip4_route_src（）」関数は、条件に一致する宛先IPアドレスのリストに応じて適切なNICカードを選択：宛先IPアドレスとネットワークカードアドレスにサブネット、または宛先IPアドレスは、ゲートウェイカードに等しいですアドレス。その後、IPデータグラムを送信する機能「（）ip4_output_if」と呼びます。
IPデータグラムヘッダ、IPヘッダ情報を入力し、IPデータグラムの分類の開始アドレスへのペイロード・ポインタを調整する「Ip4_output_if_src（）」関数。宛先IPアドレスは、ホストの送信元IPアドレスに等しい場合、入力する機能ループバック「netif_loop_output（）」と呼ばれ、IPデータグラム長がMTUを超えた場合、「ip4_frag（）」関数断片化伝送と呼ばれ、そうでない場合は直接呼び出す「では、netif - > IPデータグラムインタフェース出力は、」送信用にARPプロトコルに渡されます。

4.2 IPデータグラムを受信します

リンク層は、IPデータグラムを受け取り、その後、「ip4_input（）」関数に渡さ「ethernet_input（）」関数によって処理されます。
次いで、「Ip4_input（）」プロトコルバージョンIPv4のIPデータグラムヘッダか関数を最初にチェックし、宛先IPアドレスに基づいてローカル・ネットワーク・アダプタ・カード・リストに有効な標的を見つけます。宛先IPアドレスはループバックアドレスの宛先IPアドレスかどうかを決定する「ip4_addr_isloopback（）」関数を介して、ホストアドレスと等しくない場合。先カードに一致する場合、次にスライスへの呼び出し「ip4_reass（）」機能のリロード、および指定されたトランスポート層プロトコルにデータを渡します。あなたはブロードキャストパケットのために、対象カードが見つからない場合は、直接データが非ブロードキャストパケットについて報告削除機能「ip4_forward（）」を介して転送することができます。

5.参考文献

1.野火「LWIPアプリケーション開発の実用的なガイド。」

LWIPプロトコルスタック：IPプロトコル