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以太网数据包TCP、IP、ICMP、UDP、ARP协议头结构详解

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

版本（4位）	头长度（4位）	服务类型（8位）	封包总长度（16位）
封包标识（16位）	标志（3位）	片断偏移地址（13位）
存活时间（8位）	协议（8位）	校验和（16位）
来源IP地址（32位）
目的IP地址（32位）
选项（可选）	填充（可选）
数据

（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

类型（8位）	代码（8位）	校验和（8位）
类型或者代码

（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

来源端口（2字节）	目的端口（2字节）
序号（4字节）	确认序号（4字节）
头长度（4位）	保留（6位）
URG	ACK	PSH	RST	SYN	PIN
窗口大小（2字节）	校验和（16位）
紧急指针（16位）	选项（可选）
数据

（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

源端口（2字节）	目的端口（2字节）
封报长度（2字节）	校验和（2字节）
数据

（1）源端口（Source Port）：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 Port）：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 Sum）：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

硬件类型	协议类型
硬件地址长度	协议长度	操作类型
发送方的硬件地址（0-3字节）
源物理地址（4-5字节）	源IP地址（0-1字节）
源IP地址（2-3字节）	目标硬件地址（0-1字节）
目标硬件地址（2-5字节）
目标IP地址（0-3字节）

（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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📢作者：小空和小芝中的小空
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