linux网络编程之通信协议格式

好文参考：《网路传输的三张表：MAC地址表，ARP缓存表和路由表》http://www.cnblogs.com/clovn/p/4911212.html

（1）数据包封装

传输层及其一下的机制由内核决定，主要负责通讯的具体细节；应用层由用户进程提供，主要负责对通讯数据的含义进行解释。应用层数据通过协议栈发送到网络上，为了保证数据能够被接收，需要在每层协议之前加一个数据首部作为标识，我们称之为封装，具体格式如下：

（2）以太网帧格式

1）在链路层中，传输的数据我们称为帧，具体的帧格式如下图所示：

其中：图中的目的地址和原地址指的是网卡的硬件地址（MAC地址，即网卡编号，唯一）,CRC为校验位

2）ARP数据报格式：获取下一跳（下一个路由节点）的MAC，实现数据传递。

1>在网路传输的过程中，只有知道目标的MAC地址（未知）和发送数据起点的MAC地址（已知），才能进行正常的数据传输。如果得知目标的MAC地址，通过ARP发送数据请求和数据应答即可得到目标的MAC地址，ARP数据报的格式如下：

2> 具体的实现流程：

在数据过程中，首先需要获得目标的MAC地址，这就需要使用ARP协议了。在每台主机中都有一个ARP缓存表，其中记录了主机IP和MAC地址的对应关系。如果AB之间想要通信，A首先会检查自己的ARP缓存表中是否有B的IP地址和对应MAC地址的对应关系。如果有，则会将B的IP地址和对应的MAC地址填到ARP数据报中；如果没有，则A会发一个ARP请求给B，此时交换机接收到这个数据帧（广播帧），将数据以非接口的形式广播出去。此时B收到这个数据帧，会检查是否和自己的IP相同，如果不同，则忽略信息，如果相同，则会将A的IP和MAC地址的对应关系记录在自己的ARP缓存表中，同时将给A发送一个ARP应答数据（拆包和组包），其中包括B的MAC地址。A收到B的应答数据后，会将B的IP地址和MAC地址填入到自己的ARP缓存地址中。

在网路传输中，交换机在收到数据帧之后，会将数据帧中的MAC地址和端口号记录在MAC表中，然后在表中寻找有没有数据帧目标的MAC地址信息。如果有，则直接将数据从表中的接口传递给下一个MAC地址（单播）；如果没有，则将数据以非接口的形式发送出去（称为广播）（现在的路由器一般都包含了交换机在内）。

通过路由节点的不断拆包和组包，直到找到封装在网络层IP协议中的目的地址.数据包在不断传递的过程中，最长的生命周期，我们称之为TTL。

3>IP段格式：数据前面的那段我们称为IP首部（固定部分+可变部分）。

其中：4位版本号：IPV4/IPV6 4位首部长度:数据首部的最大字节数（最小为5，最大为15，以4字节为单位）

16位总长度：数据报的最大长度为2^16-1=65535字节（首部和数据之和长度）

13位片偏移：用于传输较大的数据，切片时记录片的编号（片偏移以8字节为偏移单位）

8位生存时间：为起始主机到目标主机之间最多可存在255个路由节点（最多有255跳）

32位源IP地址：发送数据端的IP 32位目的IP地址：接收数据端的IP

4>UDP数据报格式

由于在一个主机中，不同的应用对应于不用的进程，也就是所谓的端口号。因此通过指定两个端口号，就可以指定两个应用进行通信，从而不会导致数据传输错乱。

5>TCP数据报格式

和UDP相比，TCP数据报格式相对来说比较复杂，除了相对的端口号，还有序号和确认序号，用来重构数据使用。

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