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以太网数据包TCP、IP、ICMP、UDP、ARP协议头结构详解

2022-08-29  今日头条  网络技术干货
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以太网首部

目地mac地址(8字节)源MAC地址(8字节)类型(2字节)

1、IP头的结构

 

(1)字节和数字的存储顺序是从右到左,依次是从低位到高位,而网络存储顺序是从左到右,依次从低位到高位。

(2)版本:占第一个字节的高四位。头长度:占第一个字节的低四位。

(3)服务类型:前3位为优先字段权,现在已经被忽略。接着4位用来表示最小延迟、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。

(4)封包总长度:整个IP报的长度,单位为字节。

(5)存活时间:就是封包的生存时间。通常用通过的路由器的个数来衡量,比如初始值设置为32,则每通过一个路由器处理就会被减一,当这个值为0的时候就会丢掉这个包,并用ICMP消息通知源主机。

(6)协议:定义了数据的协议,分别为:TCP、UDP、ICMP和IGMP。定义为:

#define PROTOCOL_TCP  0x06

#define PROTOCOL_UDP  0x11

#define PROTOCOL_ICMP  0x06

#define PROTOCOL_IGMP  0x06

(7)检验和:校验的首先将该字段设置为0,然后将IP头的每16位进行二进制取反求和,将结果保存在校验和字段。

(8)来源IP地址:将IP地址看作是32位数值则需要将网络字节顺序转化位主机字节顺序。转化的方法是:将每4个字节首尾互换,将2、3字节互换。

(9)目的IP地址:转换方法和来源IP地址一样。

在网络协议中,IP是面向非连接的,所谓的非连接就是传递数据的时候,不检测网络是否连通。所以是不可靠的数据报协议,IP协议主要负责在主机之间寻址和选择数据包路由。

2、ICMP协议的头结构

 

(1)类型:一个8位类型字段,表示ICMP数据包类型。

(2)代码:一个8位代码域,表示指定类型中的一个功能。如果一个类型中只有一种功能,代码域置为0。

(3)检验和:数据包中ICMP部分上的一个16位检验和。

3、TCP协议的头结构

 

(1)TCP源端口(Source Port):16位的源端口包含初始化通信的端口号。源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址。(2)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。

(3)序列号(Sequence Number):TCP连线发送方向接收方的封包顺序号。

(4)确认序号(Acknowledge Number):接收方回发的应答顺序号。

(5)头长度(Header Length):表示TCP头的双四字节数,如果转化为字节个数需要乘以4。

(6)URG:是否使用紧急指针,0为不使用,1为使用。

(7)ACK:请求/应答状态。0为请求,1为应答。

(8)PSH:以最快的速度传输数据。

(9)RST:连线复位,首先断开连接,然后重建。

(10)SYN:同步连线序号,用来建立连线。

(11)FIN:结束连线。如果FIN为0是结束连线请求,FIN为1表示结束连线。

(12)窗口大小(Window):目的机使用16位的域告诉源主机,它想收到的每个TCP数据段大小。

(13)校验和(Check Sum):这个校验和和IP的校验和有所不同,不仅对头数据进行校验还对封包内容校验。

(14)紧急指针(Urgent Pointer):当URG为1的时候才有效。TCP的紧急方式是发送紧急数据的一种方式。

4、UDP协议的头结构



(1)源端口(Source%20Port):16位的源端口域包含初始化通信的端口号。源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址。

 

(2)目的端口(Destination%20Port):6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。

 

(3)封包长度(Length):UDP头和数据的总长度。

 

(4)校验和(Check%20Sum):和TCP和校验和一样,不仅对头数据进行校验,还对包的内容进行校验。

 

5、ARP报头结构

(1)硬件类型字段指明了发送方想知道的硬件接口类型,以太网的值为1;

(2)协议类型字段指明了发送方提供的高层协议类型,IP为0800(16进制);

(3)硬件地址长度和协议长度指明了硬件地址和高层协议地址的长度,这样ARP报文就可以在任意硬件和任意协议的网络中使用;

(4)操作字段用来表示这个报文的类型,ARP请求为1,ARP响应为2,RARP请求为3,RARP响应为4;

(5)发送方的硬件地址(0-3字节):源主机硬件地址的前3个字节;

(6)发送方的硬件地址(4-5字节):源主机硬件地址的后3个字节;

(7)发送方IP(0-1字节):源主机硬件地址的前2个字节;

(8)发送方IP(2-3字节):源主机硬件地址的后2个字节;

(9)目的硬件地址(0-1字节):目的主机硬件地址的前2个字节;

(10)目的硬件地址(2-5字节):目的主机硬件地址的后4个字节;

(11)目的IP(0-3字节):目的主机的IP地址。

ARP的工作原理如下:

  1. 首先,每台主机都会在自己的ARP缓冲区(ARP Cache)中建立一个 ARP列表,以表示IP地址和MAC地址的对应关系。
  2. 当源主机需要将一个数据包要发送到目的主机时,会首先检查自己 ARP列表中是否存在该 IP地址对应的MAC地址,如果有﹐就直接将数据包发送到这个MAC地址;如果没有,就向本地网段发起一个ARP请求的广播包,查询此目的主机对应的MAC地址。此ARP请求数据包里包括源主机的IP地址、硬件地址、以及目的主机的IP地址。
  3. 网络中所有的主机收到这个ARP请求后,会检查数据包中的目的IP是否和自己的IP地址一致。如果不相同就忽略此数据包;如果相同,该主机首先将发送端的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP列表中,如果ARP表中已经存在该IP的信息,则将其覆盖,然后给源主机发送一个 ARP响应数据包,告诉对方自己是它需要查找的MAC地址;
  4. 源主机收到这个ARP响应数据包后,将得到的目的主机的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP列表中,并利用此信息开始数据的传输。如果源主机一直没有收到ARP响应数据包,表示ARP查询失败
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