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网络数据包传输结构

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发表于 2012-12-11 11:59:07 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一、        以太网数据包总体结构以太网(IEEE 802.3)帧格式:
1、前导码:7字节0x55,一串1、0间隔,用于信号同步
2、帧起始定界符:1字节0xAB(10101011),表示一帧开始
3、DA(目的MAC):6字节
4、SA(源MAC):6字节
5、类型/长度:2字节
6、数据:46~1500字节
7、帧校验序列(FCS):4字节,使用CRC计算从目的MAC到数据域这部分内容而得到的校验和。

二、帧中有效数据Ethernet、IP、TCP、HTTP
1、        Ethernet 此层对应数据链路层,其作用在同一广播域中传递信息。

1.1次处共有3个信息共占14字节
①目标MAC(网关)
②源地址MAC(发送方)
③Ethertype(十六进制)协议,此处为0800表示此网络帧承载的是ip数据包。
tcp1.jpg


三、IP对应网络层
tcp2.jpg
IP包头对应关系
tcp3.jpg
1、        版本为4说明此协议为ip4。如果为6则为ip6。在进行通信时,通信双方的IP协议版本号必须一致,否则无法直接通信。
2、        首部长度5说明此ip包头为5*4字节。可选字段有数据那么首部长度应有相应的变化。最长超过2^4*4=64字节。
3、        区分服务(Differentiated Service, 简称DiffServ)为了解决网络对QoS的支持问题,它通过资源预留协议由主机应用向路由器发送QoS请求,以便将数据包按需求分等级发送。其中的前3位表示报文的优先级,后面的几位分别表示要求更低时延、更高的吞吐量、更高的可靠性、更低的路由代价等。对应位为1即有相应要求,为0则不要求。
4、        总长度:16位(bit),指报文的总长度。注意这里的单位为字节,而不是4字节,所以一个IP报文的的最大长度为65535个字节。
标识(identification):该字段标记当前分片为第几个分片,在数据报重组时很有用。
标志(flag):该字段用于标记该报文是否为分片(有一些可能不需要分片,或不希望分片),后面是否还有分片(是否是最后一个分片)。
片偏移:指当前分片在原数据报(分片前的数据报)中相对于用户数据字段的偏移量,即在原数据报中的相对位置。
生存时间:TTL(Time to Live)。该字段表明当前报文还能生存多久。每经过1ms或者一个网关,TTL的值自动减1,当生存时间为0时,报文将被认为目的主机不可到达而丢弃。使用过Ping命令的用户应该有印象,在windows中输入ping命令,在返回的结果中即有TTL的数值。
协议:该字段指出在上层(网络7层结构或TCP/IP的传输层)使用的协议,可能的协议有UDP、TCP、ICMP、IGMP、IGP等。
首部校验和:用于检验IP报文头部在传播的过程中是否出错,主要校验报文头中是否有某一个或几个bit被污染或修改了。
源IP地址:32位(bit),4个字节,每一个字节为0~255之间的整数,及我们日常见到的IP地址格式。
目的IP地址:32位(bit),4个字节,每一个字节为0~255之间的整数,及我们日常见到的IP地址格式。

四、传输层协议(TCP,UDP等)
tcp4.jpg

TCP协议头最少20个字节(属于ip包的数据区域),包括以下的区域
TCP源端口(Source Port):16位(0~65535)的源端口其中包含初始化通信的端口。源端口和源IP地址的作用是标示报文的返回地址。
TCP目的端口(Destination port):16位的目的端口域定义传输的目的。这个端口指明报文接收计算机上的应用程序地址接口。
TCP序列号(序列码,Sequence Number):32位,用于标识每个报文段,使目的主机可确认已收到指定报文段中的数据。当源主机用于多个报文段发送一个报文时,即使这些报文到达目的主机的顺序不一样,序列号也可以使目的主机按顺序排列它们。在建立连接时发送的第一个报文段中,双方都提供一个初始序列号。TCP标准推荐使用以4ms间隔递增1的计数器值作为这个初始序列号的值。使用计数器可以防止连接关闭再重新连接时出现相同的序列号。对于那些包含数据的报文段,报文段中第一个数据字节的数量就是初始序列号,其后数据字节按顺序编号。如果源主机使用同样的连接发送另一个报文段,那么这个报文段的序列号等于前一个报文段的序列号与前一个报文段中数据字节的数量之和。例如,假设源主机发送3个报文段,每个报文段有100字节的数据,且第一个报文段的序列号是1000,那么第二个报文段的序列号就是1100(1000+100),第三个报文段的序列号就是1200(1100+100)。如果序列号增大至最大值将复位为0。

TCP应答号(Acknowledgment Number):32位,目的主机返回确认号,使源主机知道某个或几个报文段已被接收。如果ACK控制位被设置为1,则该字段有效。确认号等于顺序接收到的最后一个报文段的序号加1,这也是目的主机希望下次接收的报文段的序号值。返回确认号后,计算机认为已接收到小于该确认号的所有数据。例如,序列号等于前一个报文段的序列号与前一个报文段中数据字节的数量之和。例如,假设源主机发送3个报文段,每个报文段有100字节的数据,且第一个报文段的序列号是1000,那么接收到第一个报文段后,目的主机返回含确认号1100的报头。接收到第二个报文段(其序号为1100)后,目的主机返回确认号1200。接收到第三个报文段后,目的主机返回确认号1300。目的主机不一定在每次接收到报文段后都返回确认号。在上面的例子中,目的主机可能等到所有3个报文段都收到后,再返回一个含确认号1300的报文段,表示已接收到全部1200字节的数据。但是如果目的主机再发回确认号之前等待时间过长,源主机会认为数据没有到达目的主机,并自动重发。上面的例子中,如果目的主机接收到了报文段号为1000的第一个报文段以及报文段号为1200的最后一个报文段,则可返回确认号1100,但是再返回确认号1300之前,应该等待报文段号为1100的中间报文段。
数据偏移量(HLEN):4位包括TCP头大小,指示何处数据开始。
保留(Reserved):6位值域,这些位必须是0。为了将来定义新的用途所保留。
标志(Code Bits):6位标志域。表示为:紧急标志、有意义的应答标志、推、重置连接标志、同步序列号标志、完成发送数据标志。按照顺序排列是:URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。
1. URG:紧急标志
紧急(The urgent pointer) 标志有效。紧急标志置位,
2. ACK:确认标志
确认编号(Acknowledgement Number)栏有效。大多数情况下该标志位是置位的。TCP报头内的确认编号栏内包含的确认编号(w+1,Figure:1)为下一个预期的序列编号,同时提示远端系统已经成功接收所有数据。
3. PSH:推标志
该标志置位时,接收端不将该数据进行队列处理,而是尽可能快将数据转由应用处理。在处理 telnet 或 rlogin 等交互模式的连接时,该标志总是置位的。
4. RST:复位标志
复位标志有效。用于复位相应的TCP连接。
5.SYN:同步标志
同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)栏有效。该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效。它提示TCP连接的服务端检查序列编号,该序列编号为TCP连接初始端(一般是客户端)的初始序列编号。在这里,可以把TCP序列编号看作是一个范围从0到4,294,967,295的32位计数器。通过TCP连接交换的数据中每一个字节都经过序列编号。在TCP报头中的序列编号栏包括了TCP分段中第一个字节的序列编号。
6. FIN:结束标志
带有该标志置位的数据包用来结束一个TCP回话,但对应端口仍处于开放状态,准备接收后续数据。
  窗口(Window):16位,用来表示想收到的每个TCP数据段的大小。
  校验位(Checksum):16位TCP头。源机器基于数据内容计算一个数值,收信息机要与源机器数值 结果完全一样,从而证明数据的有效性。
  优先指针(紧急,Urgent Pointer):16位,指向后面是优先数据的字节,在URG标志设置了时才有效。如果URG标志没有被设置,紧急域作为填充。加快处理标示为紧急的数据段。
选项(Option):长度不定,但长度必须以字节。如果 没有 选项就表示这个一字节的域等于0。 
数据(Date):应用程序的数据。

UDP数据格式
tcp5.jpg




五、应用层数据
数据包最后4字节为CRC效验码。
tcp6.jpg




附录
欢迎交流qq:410318060
tcp7.jpg
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发表于 2012-12-11 18:54:12 | 显示全部楼层
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