计算机⽹络各层数据包的结构（转）
⼀、TCP/IP的层次结构
Tcp/ip协议的四个层次
TCP、IP协议的分层结构图
CP/IP协议与OSI模型的对应关系（五层分法）
1、应⽤层：为⽤户的应⽤程序提供接⼝，使⽤户可以访问⽹络。（IE浏览器就处于应⽤层）
  HTTP、TFTP、FTP、NFS等属于应⽤层的协议。是⽤户客户端程序或软件之间使⽤的协议。
  HTTP 超⽂本传输协议（浏览⽹页服务）
  TFTP ⽂件传输协议（较快，但是不可靠）
  FTP ⽂件传输协议（提供⽂件上传，⽂件下载服务，较慢但是可靠）
  NFS ⽹络⽂件系统（Unix和Linux系统之间共享⽂件）
  SMTP 简单邮件传输协议（邮件的发送和转发）
  POP3 接收邮件（由服务器下载到本地）
  Talnet (远程登录功能（配置交换机、路由器）)
  SNMP 简单⽹络管理协议（通过⽹管软件来管理⽹络）
  DNS 域名系统，将域名解析为IP地址（将百度的域名转换为服务器的IP地址）
2、传输层(运输层)：提供端到端的通信（两台计算机上的软件间的连接），对信息流具有调节作⽤。
  TCP、UDP属于运输层的协议。在TCP/IP协议族中，⽹络层IP提供的是⼀种不可靠的服务，，它尽可能的把分组从源节点送到⽬的节点，但是并不提供任何可靠保证。⽽TCP在不可靠的IP层上提供了⼀个可靠的运输层（参见TCP三次握⼿），为了提供这种可靠的服务，TCP采⽤了超时重传，发送和接收的端到端的确认分组等机制。
  TCP 传输控制协议⾯向连接（打电话）可靠服务
  在通信之前要先建⽴连接需要同时在线
  UDP ⽤户数据报协议⾮⾯向连接（发快递）不可靠不稳定但速度更快
传输层-TCP数据包格式
  源端⼝(Source Port) ⽬的端⼝(Desination Port)
  序列号(Sequence Number)【数据包的序号】
  确认号(Acknowledgment Number)（序列号+1）【⽤于指⽰下⼀个数据包序号】
  报头的长度(HLEN)：以32字节为单位的报头长度
  保留域(Reserved)：设置为0
  编码位(Code Bits):⽤于控制段的传输（如会话的建⽴和终⽌）
  包括：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN 6个位
  SYN（synchronous）：请求建⽴TCP连接
  FIN：断开TCP连接
  RST：重置TCP连接
  ACK：确认、反馈连接情况
  PSH：将数据⽴刻送到应⽤层进⾏处理的命令
  URG：判断紧急指针是否有效的命令
  窗⼝⼤⼩(Windows)：接收⽅能够继续接收的字节数【控制发送的速度】
  校验和(Checksum):baokuo TCP报头和数据在内的校验和【判断数据传输是否出错】
  紧急指针(Urgent Pointer)：当前序列号到紧急位置的偏移量
  选项(Option)：⼚商根据需要⾃定义的内容
  MAC地址
  数据(Data)：上层协议数据
传输层-TCP端⼝号
  HTTP：80
  端⼝范围是：0-6535（1 --- 255 之间⼀般是知名的端⼝号；256 --- 1023的端⼝号，通常是由Unix系统占⽤（系统占⽤）；1024 ---5000 是⼤多数TCP、IP实现的临时分配；⼤于5000的⼀般是给其他服务预留的（Internet上并不常⽤的服务））
端⼝的使⽤
TCP的三次握⼿
顺序号和确认号
TCP滑动窗⼝
UDP数据结构
3、⽹络层(Internet层)：IP包的封装和路径的选择
  ICMP、IP、IGMP是⽹络层的协议。ICMP（控制报⽂协议）是IP协议的附属协议，IP层⽤它来与其他主机或路由器交换错误报⽂和其他重要信息；ICMP是Internet组管理协议，它⽤来把⼀个UDP数据多播到多个主机上。
  ⽹络层的协议
  IP数据包的封装，定义IP地址
  ICMP错误诊断（⽤ping测试⽹络连通性）
  ARP将IP地址解析为MAC地址
  RARP将MAC地址转换为IP地址
  IP地址分类：IPV4长32位共4个字节（⽤记法表⽰），由⽹络地址和主机地址组成。⽹络地址表⽰其属于互联⽹的哪⼀个⽹络，主机地址表⽰其属于该⽹络中的哪⼀台主机。⼆者是主从关系；⼜按字节分成4段，每个字段是⼀个字节，8位，最⼤值是255。
  IP地址根据⽹络号和主机号分为A、B、C三类及特殊地址D、E。全0和全1的都保留不⽤。
  A类：(1.0.0.0-126.0.0.0)（默认⼦⽹掩码：255.0.0.0或 0xFF000000）第⼀个字节为⽹络号，后三个字节为主机号。该类IP地址的最前⾯为“0”，所以地址的⽹络号取值于1~126之间。⼀般⽤于⼤型⽹络。
  B类：(128.0.0.0-191.255.0.0)（默认⼦⽹掩码：255.255.0.0或0xFFFF0000）前两个字节为⽹络号，后两个字节为主机号。该类IP地址的最前⾯为“10”，所以地址的⽹络号取值于128~191之间。⼀般⽤于中等规模⽹络。
  C类：(192.0.0.0-223.255.255.0)（⼦⽹掩码：255.255.255.0或 0xFFFFFF00）前三个字节为⽹络号，最后⼀个字节为主机号。该类IP地址的最前⾯为“110”，所以地址的⽹络号取值于192~223之间。⼀般⽤于⼩型⽹络。
  D类：是多播地址。该类IP地址的最前⾯为“1110”，所以地址的⽹络号取值于224~239之间。⼀般⽤于多路⼴播⽤户[1]  。
  E类：是保留地址。该类IP地址的最前⾯为“1111”，所以地址的⽹络号取值于240~255之间。
  在IP地址3种主要类型⾥，各保留了3个区域作为私有地址，其地址范围如下：
  A类地址：10.0.0.0～10.255.255.255
  B类地址：172.16.0.0～172.31.255.255
  C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255
  回送地址：127.0.0.1。也是本机地址，等效于localhost或本机IP。⼀般⽤于测试使⽤。例如：ping 127.0.0.1来测试本机TCP/IP是否正常。
4、数据链路层：为上层提供可靠的数据帧透明传输
  链路管理、帧同步、寻址、流量控制、差错控制 
  MAC地址（⽹卡编号）：48位的⼆进制数。表⽰为12位的16进制数。分为两部分：前24位为⼚商编号，后24位为⽹卡的编号（由专门的机构分配）⼆、TCP/IP各层数据封装过程
封装流程图
  UDP 数据与TCP 数据基本⼀致，唯⼀不同的是，UDP 传给IP 的信息单元称为UDP 数据包，并且UDP 的⾸部长为8字节。
  在上⾯的TCP 、IP 的分层结构图中我们可以看见，⽤户程序、TCP 、UDP 、ICMP 等都会向IP 传送数据，因此在IP 的⾸部加⼊了长度为8bit 的标识；1表⽰ICMP 协议，2表⽰IGMP 协议，6表⽰TCP ，17表⽰UDP 协议。
  TCP 、和UDP 在传送数据的过程中都会⽤到⼀个16bit 的端⼝号来表⽰不同的应⽤程序TCP 和UDP 把源端⼝号和⽬的端⼝号分别存⼊报⽂⾸部中。（216= 65536）
  ⽹络接⼝通常要发送和接收IP 、ARP 、RARP 数据，因此在以太⽹的⾸部（及帧的⾸部）也有⼀个16bit 的标识。
数据封装过程
三、各层数据包的结构
  1、（链路层）以太帧结构（）
字段
含义前同步码
⽤来使接收端的适配器在接收 MAC 帧时能够迅速调整时钟频率，使它和发送端的频率相同。前同步码为 7 个字节，1 和 0 交替。帧开始定界
符
帧的起始符，为 1 个字节。前 6 位 1 和 0 交替，最后的两个连续的 1 表⽰告诉接收端适配器：“帧信息要来了，准备接收”。⽬的地址
接收帧的⽹络适配器的物理地址（MAC 地址），为 6 个字节（48 ⽐特）。作⽤是当⽹卡接收到⼀个数据帧时，⾸先会检查该帧的⽬的地址，是否与当前适配器的物理地址相同，如果相同，就会进⼀步处理；如果不同，则直接丢弃。源地址
发送帧的⽹络适配器的物理地址（MAC 地址），为 6 个字节（48 ⽐特）。类型上层协议的类型。由于上层协议众多，所以在处理数据的时候必须设置该字段，标识数据交付哪个协议处理。例如，字段为
0x0800 时，表⽰将数据交付给 IP 协议。
也称为效载荷，表⽰交付给上层的数据。以太⽹帧数据长度最⼩为 46 字节，最⼤为 1500 字节。如果不⾜ 46 字节时，会填充
  2、（⽹络层）IP 数据报结构
（）
  如图，⼀个刻度表⽰1个⼆进制位（⽐特）。
  1-1.版本4位，表⽰版本号，⽬前最⼴泛的是4=B1000，即常说的IPv4；相信IPv6以后会⼴泛应⽤，它能给世界上每个纽扣都分配⼀个IP 地址。
  1-2.头长4位，数据包头部长度。它表⽰数据包头部包括多少个32位长整型，也就是多少个4字节的数据。⽆选项则为5（红⾊部分）。
  1-3.服务类型，包括8个⼆进制位，每个位的意义如下：
过程字段：3位，设置了数据包的重要性，取值越⼤数据越重要，取值范围为：0（正常）~ 7（⽹络控制）
延迟字段：1位，取值：0（正常）、1（期特低的延迟）
流量字段：1位，取值：0（正常）、1（期特⾼的流量）
可靠性字段：1位，取值：0（正常）、1（期特⾼的可靠性）
成本字段：1位，取值：0（正常）、1（期特最⼩成本）
保留字段：1位 ，未使⽤
  1-4.包裹总长16位，当前数据包的总长度，单位是字节。当然最⼤只能是65535，及64KB 。
  2-1.重组标识16位，发送主机赋予的标识，以便接收⽅进⾏分⽚重组。
  2-2.标志3位，他们各⾃的意义如下：
保留段位(2)：1位，未使⽤
不分段位(1)：1位，取值：0（允许数据报分段）、1（数据报不能分段）
更多段位(0)：1位，取值：0（数据包后⾯没有包，该包为最后的包）、1（数据包后⾯有更多的包）
  2-3.段偏移量13位，与更多段位组合，帮助接收⽅组合分段的报⽂，以字节为单位。
  3-1.⽣存时间8位，经常ping 命令看到的TTL （Time To Live ）就是这个，每经过⼀个路由器，该值就减⼀，到零丢弃。
  3-2.协议代码8位，表明使⽤该包裹的上层协议，如TCP=6，ICMP=1，UDP=17等。
  3-3.头检验和16位，是IPv4数据包头部的校验和。
  4-1.源始地址，32位4字节，我们常看到的IP 是将每个字节⽤点（.）分开，如此⽽已。
  5-1.⽬的地址，32位，同上。
  6-1.可选选项，主要是给⼀些特殊的情况使⽤，往往安全路由会当作攻击⽽过滤掉，普联（TP_LINK ）的TL-ER5110路由就能这么做。
  7-1.⽤户数据。
  3、（传输层）tcp 数据包结构
（）
  1-1.源始端⼝16位，范围当然是0-65535啦。
  1-2.⽬的端⼝，同上。
  2-1.数据序号32位，TCP 为发送的每个字节都编⼀个号码，这⾥存储当前数据包数据第⼀个字节的序号。
  3-1.确认序号32位，为了安全，TCP 告诉接受者希望他下次接到数据包的第⼀个字节的序号。
  4-1.偏移4位，类似IP ，表明数据距包头有多少个32位。
  4-2.保留6位，未使⽤，应置零。
  4-3.紧急⽐特URG—当URG ＝1时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报⽂段中有紧急数据，应尽快传送(相当于⾼优先级的数据)。
  4-3.确认⽐特ACK—只有当ACK ＝1时确认号字段才有效。当ACK ＝0时，确认号⽆效。参考TCP 三次握⼿
  4-4.复位⽐特RST(Reset) —当RST ＝1时，表明TCP 连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建⽴运输连接。参考TCP 三次握⼿  4-5.同步⽐特SYN—同步⽐特SYN 置为1，就表⽰这是⼀个连接请求或连接接受报⽂。参考TCP 三次握⼿
  4-6.终⽌⽐特FIN(FINal)—⽤来释放⼀个连接。当FIN ＝1时，表明此报⽂段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。
  4-7.窗⼝字段16位，窗⼝字段⽤来控制对⽅发送的数据量，单位为字节。TCP 连接的⼀端根据设置的缓存空间⼤⼩确定⾃⼰的接收窗⼝ ⼤⼩，然后通知对⽅以确定对⽅的发送窗⼝的上限。
  5-1.包校验和16位，包括⾸部和数据这两部分。在计算检验和时，要在TCP 报⽂段的前⾯加上12字节的伪⾸部。
tcp ip协议下载  5-2.紧急指针16位，紧急指针指出在本报⽂段中的紧急数据的最后⼀个字节的序号。
  6-1.可选选项24位，类似IP ，是可选选项。
  6-2.填充8位，使选项凑⾜32位。
  7-1.⽤户数据数据到最⼩长度。最⼤值也叫最⼤传输单元（MTU ）。
在 Linux 中，使⽤ ifconfig 命令可以查看该值，通常为 1500。
帧检验序列FCS
检测该帧是否出现差错，占 4 个字节（32 ⽐特）。发送⽅计算帧的循环冗余码校验（CRC ）值，把这个值写到帧⾥。接收⽅
计算机重新计算 CRC ，与 FCS 字段的值进⾏⽐较。如果两个值不相同，则表⽰传输过程中发⽣了数据丢失或改变。这时，就
需要重新传输这⼀帧。

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