ip头、tcp头、udp头详解

青衣

　　报文封装整体结构

mac帧头定义

/*数据帧定义，头14个字节，尾4个字节*/
typedef struct _MAC_FRAME_HEADER
{
 char m_cDstMacAddress[6];  //目的mac地址
 char m_cSrcMacAddress[6];  //源mac地址
 short m_cType;     　　　　　//上一层协议类型，如0x0800代表上一层是IP协议，0x0806为arp
}__attribute__((packed))MAC_FRAME_HEADER,*PMAC_FRAME_HEADER;

ip头部定义

/*IP头定义，共20个字节*/
typedef struct _IP_HEADER 
{
 char m_cVersionAndHeaderLen;   　　//版本信息(前4位)，头长度(后4位)
 char m_cTypeOfService;    　　　　　 // 服务类型8位
 short m_sTotalLenOfPacket;  　　　　//数据包长度
 short m_sPacketID;    　　　　　　　 //数据包标识
 short m_sSliceinfo;    　　　　　　　  //分片使用
 char m_cTTL;    　　　　　　　　　　//存活时间
 char m_cTypeOfProtocol;  　　　　　 //协议类型
 short m_sCheckSum;    　　　　　　 //校验和
 unsigned int m_uiSourIp;   　　　　　//源ip
 unsigned int m_uiDestIp;   　　　　　//目的ip
} __attribute__((packed))IP_HEADER, *PIP_HEADER ;

• 版本（Version）字段：占4比特。用来表明IP协议实现的版本号，当前一般为IPv4，即0100。
  
• 报头长度（Internet Header Length，IHL）字段：占4比特。是头部占32比特的数字，包括可选项。普通IP数据报（没有任何选项），该字段的值是5，即160比特=20字节。此字段最大值为60字节。
  
• 服务类型（Type of Service ，TOS）字段：占8比特。其中前3比特为优先权子字段（Precedence，现已被忽略）。第8比特保留未用。第4至第7比特分别代表延迟、吞吐量、可靠性和花费。当它们取值为1时分别代表要求最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。这4比特的服务类型中只能置其中1比特为1。可以全为0，若全为0则表示一般服务。服务类型字段声明了数据报被网络系统传输时可以被怎样处理。例如：TELNET协议可能要求有最小的延迟，FTP协议（数据）可能要求有最大吞吐量，SNMP协议可能要求有最高可靠性，NNTP（Network News Transfer Protocol，网络新闻传输协议）可能要求最小费用，而ICMP协议可能无特殊要求（4比特全为0）。实际上，大部分主机会忽略这个字段，但一些动态路由协议如OSPF（Open Shortest Path First Protocol）、IS-IS（Intermediate System to Intermediate System Protocol）可以根据这些字段的值进行路由决策。
  
• 总长度字段：占16比特。指明整个数据报的长度（以字节为单位）。最大长度为65535字节。
  
• 标志字段：占16比特。用来唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发一份报文，它的值会加1。
  
• 标志位字段：占3比特。标志一份数据报是否要求分段。
  
• 段偏移字段：占13比特。如果一份数据报要求分段的话，此字段指明该段偏移距原始数据报开始的位置。
  
• 生存期（TTL：Time to Live）字段：占8比特。用来设置数据报最多可以经过的路由器数。由发送数据的源主机设置，通常为32、64、128等。每经过一个路由器，其值减1，直到0时该数据报被丢弃。
  
• 协议字段：占8比特。指明IP层所封装的上层协议类型，如ICMP（1）、IGMP（2） 、TCP（6）、UDP（17）等。
  
• 头部校验和字段：占16比特。内容是根据IP头部计算得到的校验和码。计算方法是：对头部中每个16比特进行二进制反码求和。（和ICMP、IGMP、TCP、UDP不同，IP不对头部后的数据进行校验）。
  
• 源IP地址、目标IP地址字段：各占32比特。用来标明发送IP数据报文的源主机地址和接收IP报文的目标主机地址。
  
• 可选项字段：占32比特。用来定义一些任选项：如记录路径、时间戳等。这些选项很少被使用，同时并不是所有主机和路由器都支持这些选项。可选项字段的长度必须是32比特的整数倍，如果不足，必须填充0以达到此长度要求。
  

tcp头部定义
　　[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LamOzPRb-1577717564835)(file:///C:/Users/sq/Documents/My Knowledge/temp/92ac633e-7865-4478-8495-3f5d25bc5e45/128/index_files/d7949a7a1677b8fe792a4ed27fbd1e8e.jpg)]

/*TCP头定义，共20个字节*/
typedef struct _TCP_HEADER 
{
 short m_sSourPort;    　　　　　　// 源端口号16bit
 short m_sDestPort;     　　　　　　 // 目的端口号16bit
 unsigned int m_uiSequNum;     　　// 序列号32bit
 unsigned int m_uiAcknowledgeNum;  // 确认号32bit
 short m_sHeaderLenAndFlag;    　　// 前4位：TCP头长度；中6位：保留；后6位：标志位
 short m_sWindowSize;     　　　　　// 窗口大小16bit
 short m_sCheckSum;    　　　　　 // 检验和16bit
 short m_surgentPointer;    　　　　 // 紧急数据偏移量16bit
}__attribute__((packed))TCP_HEADER, *PTCP_HEADER;
/*TCP头中的选项定义
kind(8bit)+Length(8bit，整个选项的长度，包含前两部分)+内容(如果有的话)
KIND = 
  1表示 无操作NOP，无后面的部分
  2表示 maximum segment   后面的LENGTH就是maximum segment选项的长度（以byte为单位，1+1+内容部分长度）
  3表示 windows scale   后面的LENGTH就是 windows scale选项的长度（以byte为单位，1+1+内容部分长度）
  4表示 SACK permitted  LENGTH为2，没有内容部分
  5表示这是一个SACK包   LENGTH为2，没有内容部分
  8表示时间戳，LENGTH为10，含8个字节的时间戳
*/

• 源、目标端口号字段：占16比特。TCP协议通过使用"端口"来标识源端和目标端的应用进程。端口号可以使用0到65535之间的任何数字。在收到服务请求时，操作系统动态地为客户端的应用程序分配端口号。在服务器端，每种服务在"众所周知的端口"（Well-Know Port）为用户提供服务。
  
• 顺序号字段：占32比特。用来标识从TCP源端向TCP目标端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。
  
• 确认号字段：占32比特。只有ACK标志为1时，确认号字段才有效。它包含目标端所期望收到源端的下一个数据字节。
  
• 头部长度字段：占4比特。给出头部占32比特的数目。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节；最多可以有60字节的TCP头部。
  
• 标志位字段（U、A、P、R、S、F）：占6比特。各比特的含义如下：
  
  
  
  • URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
    
  • ACK：确认序号有效。
    
  • PSH：接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。
    
  • RST：重建连接。
    
  • SYN：发起一个连接。
    
  • FIN：释放一个连接。
    
  • 窗口大小字段：占16比特。此字段用来进行流量控制。单位为字节数，这个值是本机期望一次接收的字节数。
    
  • TCP校验和字段：占16比特。对整个TCP报文段，即TCP头部和TCP数据进行校验和计算，并由目标端进行验证。
    
  • 紧急指针字段：占16比特。它是一个偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。
    
  • 选项字段：占32比特。可能包括"窗口扩大因子"、"时间戳"等选项。
    
  
  

udp头部定义
　　[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ft1AxsqV-1577717564835)(file:///C:/Users/sq/Documents/My Knowledge/temp/92ac633e-7865-4478-8495-3f5d25bc5e45/128/index_files/654c80e17b29819ced20eadc9f6cc6a3.jpg)]

/*UDP头定义，共8个字节*/
typedef struct _UDP_HEADER 
{
 unsigned short m_usSourPort;  　　　// 源端口号16bit
 unsigned short m_usDestPort;  　　　// 目的端口号16bit
 unsigned short m_usLength;  　　　　// 数据包长度16bit
 unsigned short m_usCheckSum;  　　// 校验和16bit
}__attribute__((packed))UDP_HEADER, *PUDP_HEADER;

传输控制协议（tcp）
　　由于维基百科专美与前，无法写的比其更好，所以，贴它的链接在这里：
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BC%A0%E8%BE%93%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%8D%8F%E8%AE%AE#.E8.BF.90.E4.BD.9C.E6.96.B9.E5.BC.8F
　　主要学习它的运作方式部分，就能较好的理解操作过程了。
wireshark使用前储备：MTU和MSS
　　wireshark以太网帧的封包格式为：

　　Frame=Ethernet Header +IP Header +TCP Header +TCP Segment Data

• Ethernet Header =14 Byte =Dst Physical Address（6 Byte）+ Src Physical Address（6 Byte）+Type（2 Byte），以太网帧头以下称之为数据帧。
  
• IP Header =20 Byte（without options field），数据在IP层称为Datagram，分片称为Fragment。
  
• TCP Header = 20 Byte（without options field），数据在TCP层称为Stream，分段称为Segment（UDP中称为Message）。
  
• 54个字节后为TCP数据负载部分（Data Portion），即应用层用户数据。
  

　　Ethernet Header以下的IP数据报最大传输单位为MTU（Maximum Transmission Unit，Effect of short board），对于大多数使用以太网的局域网来说，MTU=1500。
　　TCP数据包每次能够传输的最大数据分段为MSS，为了达到最佳的传输效能，在建立TCP连接时双方将协商MSS值——双方提供的MSS值中的最小值为这次连接的最大MSS值。MSS往往基于MTU计算出来，通常MSS=MTU-sizeof(IP Header)-sizeof(TCP Header)=1500-20-20=1460。
　　这样，数据经过本地TCP层分段后，交给本地IP层，在本地IP层就不需要分片了。但是在下一跳路由（Next Hop）的邻居路由器上可能发生IP分片！因为路由器的网卡的MTU可能小于需要转发的IP数据报的大小。
　　这时候，在路由器上可能发生两种情况：
　　（1）如果源发送端设置了这个IP数据包可以分片（May Fragment，DF=0），路由器将IP数据报分片后转发。
　　（2）如果源发送端设置了这个IP数据报不可以分片（Don’t Fragment，DF=1），路由器将IP数据报丢弃，并发送ICMP分片错误消息给源发送端。