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1、TCP/IP 协议簇的逐层封装 收藏 在使用 TCP 协议的网络程序中，用户数据从产生到从网卡发出去一般要经过如下的逐层封装过程：从下往上看：1）链路层通过加固定长度的首部、尾部来封装 IP 数据报(Datagram) 产生以太网帧(Frame)，其中首部存在对封装数据的标识：是 IP(0x0800，本例) 、ARP(0x0806) 还是 RARP(0x0835)。2）网络层通过加首部来封装 TCP 段(Segment) 产生 IP 数据报，其中首部存在对封装数据的标识：是 ICMP(0x01)、IGMP(0x02)、TCP(0x06，本例) 还是 UDP(0x11)。3）传输层通过加首部来封
2、装应用数据产生 TCP 段，其中首部存在对封装数据的标识：端口号，来标识是那个应用程序产生的数据。4）按这种处理逻辑，在应用层，对于我们要处理的应用数据理所当然的加上固定长度的首部，首部中同样含有某些标识，标识些什么呢？按经验，一般会标识本次数据的业务意义，在程序中一般处理为业务集合(枚举型)的某个元素；如果是 TCP 应用(本例) 还可能包括应用数据总体长度。Ethernet、Tcp 、Udp 等协议的数据包格式 收藏 TCP/IP协议是一个比较复杂的协议集，有很多专业书籍介绍。在此，我仅介绍其与编程密切相关的部分：以太网上 TCP/IP 协议的分层结构及其报文格式。我们知道 TCP/IP
3、协议采用分层结构，其分层模型及协议如下表： 应用层(Application)HTTP、Telnet 、FTP 、SMTP、SNMP传输层(Transport)TCP、UDP网 间 网层(Internet)IP【ARP、RARP、ICMP】网络接口层(Network)Ethernet、X.25、SLIP、PPP协议采用分层结构，因此，数据报文也采用分层封装的方法。下面以应用最广泛的以太网为例说明其数据报文分层封装，如下图所示：任何通讯协议都有独特的报文格式，TCP/IP 协议也不例外。对于通讯协议编程，我们首先要清楚其报文格式。由于 TCP/IP 协议采用分层模型，各层都有专用的报头，以下就简单
4、介绍以太网下 TCP/IP 各层报文格式。 8 字节的前导用于帧同步，CRC 域用于帧校验。这些用户不必关心其由网卡芯片自动添加。目的地址和源地址是指网卡的物理地址，即 MAC 地址，具有唯一性。帧类型或协议类型是指数据包的高级协议，如 0x0806 表示 ARP 协议，0x0800 表示 IP 协议等。ARP/RARP （地址解析/反向地址解析）报文格式如下图： “硬件类型 ”域指发送者本机网络接口类型（值“1” 代表以太网）。“协议类型”域指发送者所提供/请求的高级协议地址类型（“0x0800” 代表 IP 协议）。“操作”域指出本报文的类型（“1”为 ARP 请求，“2”为 ARP 响应
5、，“3”为 RARP 请求，“4”为 RARP 响应）。IP 数据报头格式如下图： 我们用单片机实现 TCP/IP 协议要作一些简化，不考虑数据分片和优先权。因此，在此我们不讨论服务类型和标志偏移域，只需填“0” 即可。协议“版本”为 4，“头长度”单位为 32Bit，“总长度”以字节为单位，表示整个 IP 数据报长度。“标识”是数据包的 ID 号，用于识别不同的 IP 数据包。“生存时间” TTL 是个数量及的概念，防止无用数据包一直存在网络中。一般每经过路由器时减一，因此通过 TTL 可以算出数据包到达目的地所经过的路由器个数。“协议”域表示创建该数据包的高级协议类型。如 1 表示 ICM
6、P 协议，6 表示TCP 协议， 17 表示 UDP 协议等。 IP 数据包为简化数据转发时间，仅采用头校验的方法，数据正确性由高层协议保证。ICMP （网间网控制报文协议）协议 应用广泛。在此仅给出最常见的回应请求与应答报文格式，用户命令 ping 便是利用此报文来测试信宿机的可到达性。报文格式如下图所示：类型 0 为回应应答报文，8 为回应请求报文。整个数据包均参与检验。注意 ICMP封装在 IP 数据包里传送。UDP 报文格式如下图： TCP 报文格式如下图： TCP 是面向连接的可靠数据传输协议，因此比较复杂，在此仅作简单介绍。“序号”指数据在发送端数据流中的位置。“确认号”指出本机希望下一个接收的字节的序号。与 IP 校验不同的是 TCP，UDP 校验采用伪头标加整个报文一同校验的方法。TCP 协议工作原理另行介绍。
