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TCP,UDP,IP包头格式及应用说明-网络协议

2019-09-11Windows 21nn10°c
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一、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;

typedef struct _MAC_FRAME_TAIL
{
 unsigned int m_sCheckSum;    //数据帧尾校验和
}__attribute__((packed))MAC_FRAME_TAIL, *PMAC_FRAME_TAIL;

二、IP头结构的定义

/IP头定义,共20个字/

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 ;

三、tcp头结构定义

/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

*/

TCP的option

typedef struct _TCP_OPTIONS

{

char m_ckind;

char m_cLength;

char m_cContext[32];

}attribute((packed))TCP_OPTIONS, *PTCP_OPTIONS;

四、UDP头结构的定义

/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;

五、tcp、ip、udp头部格式

(1) TCP/IP报文格式

1、IP报文格式

IP协议是TCP/IP协议族中最为核心的协议。它提供不可靠、无连接的服务,也即依赖其他层的协议进行差错控制。在局域网环境,IP协议往往被封装在以太网帧(见本章1.3节)中传送。而所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP数据都被封装在IP数据报中传送。如图所示:

其中:

●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。

2、TCP数据段格式  

TCP是一种可靠的、面向连接的字节流服务。源主机在传送数据前需要先和目标主机建立连接。然后,在此连接上,被编号的数据段按序收发。同时,要求对每个数据段进行确认,保证了可靠性。如果在指定的时间内没有收到目标主机对所发数据段的确认,源主机将再次发送该数据段。  

如图2-5所示,是TCP头部结构(RFC 793、1323)。

这里写图片描述

图2-5  TCP头部结构

●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。

3、UDP数据段格式

UDP是一种不可靠的、无连接的数据报服务。源主机在传送数据前不需要和目标主机建立连接。数据被冠以源、目标端口号等UDP报头字段后直接发往目的主机。这时,每个数据段的可靠性依靠上层协议来保证。在传送数据较少、较小的情况下,UDP比TCP更加高效。

如图2-6所示,是UDP头部结构(RFC 793、1323):

这里写图片描述

图2-6  UDP数据段格式

●源、目标端口号字段:占16比特。作用与TCP数据段中的端口号字段相同,用来标识源端和目标端的应用进程。

●长度字段:占16比特。标明UDP头部和UDP数据的总长度字节。

●校验和字段:占16比特。用来对UDP头部和UDP数据进行校验。和TCP不同的是,对UDP来说,此字段是可选项,而TCP数据段中的校验和字段是必须有的。

(2)套接字

在每个TCP、UDP数据段中都包含源端口和目标端口字段。有时,我们把一个IP地址和一个端口号合称为一个套接字(Socket),而一个套接字对(Socket pair)可以唯一地确定互连网络中每个TCP连接的双方(客户IP地址、客户端口号、服务器IP地址、服务器端口号)。

需要注意的是,不同的应用层协议可能基于不同的传输层协议,如FTP、TELNET、SMTP协议基于可靠的TCP协议。TFTP、SNMP、RIP基于不可靠的UDP协议。

同时,有些应用层协议占用了两个不同的端口号,如FTP的20、21端口,SNMP的161、162端口。这些应用层协议在不同的端口提供不同的功能。如FTP的21端口用来侦听用户的连接请求,而20端口用来传送用户的文件数据。再如,SNMP的161端口用于SNMP管理进程获取SNMP代理的数据,而162端口用于SNMP代理主动向SNMP管理进程发送数据。

还有一些协议使用了传输层的不同协议提供的服务。如DNS协议同时使用了TCP 53端口和UDP 53端口。DNS协议在UDP的53端口提供域名解析服务,在TCP的53端口提供DNS区域文件传输服务。

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