本章節(jié)主要介紹linxu網(wǎng)絡(luò)模型、以及常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析以太網(wǎng)協(xié)議、IP協(xié)議、TCP協(xié)議、UDP協(xié)議

一、網(wǎng)絡(luò)模型

TCP/IP分層模型的四個協(xié)議層分別完成以下的功能：

第一層網(wǎng)絡(luò)接口層

網(wǎng)絡(luò)接口層包括用于協(xié)作IP數(shù)據(jù)在已有網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上傳輸?shù)膮f(xié)議。實際上TCP/IP標準并不定義與ISO數(shù)據(jù)鏈路層和物理層相對應的功能。相反，它定義像地址解析協(xié)議（Address Resolution Protocol，ARP）這樣的協(xié)議，提供TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和實際物理硬件之間的接口。

第二層網(wǎng)間層

網(wǎng)間層對應于OSI七層參考模型的網(wǎng)絡(luò)層。本層包含IP協(xié)議、RIP協(xié)議（Routing Information Protocol，路由信息協(xié)議），負責數(shù)據(jù)的包裝、尋址和路由。同時還包含網(wǎng)間控制報文協(xié)議（Internet Control Message Protocol，ICMP）用來提供網(wǎng)絡(luò)診斷信息。

第三層傳輸層

傳輸層對應于OSI七層參考模型的傳輸層，它提供兩種端到端的通信服務。其中TCP協(xié)議（Transmission Control Protocol）提供可靠的數(shù)據(jù)流運輸服務，UDP協(xié)議（Use Datagram Protocol）提供不可靠的用戶數(shù)據(jù)報服務。

第四層應用層

應用層對應于OSI七層參考模型的應用層和表達層。因特網(wǎng)的應用層協(xié)議包括Finger、Whois、FTP（文件傳輸協(xié)議）、Gopher、HTTP（超文本傳輸協(xié)議）、Telent（遠程終端協(xié)議）、SMTP（簡單郵件傳送協(xié)議）、IRC（因特網(wǎng)中繼會話）、NNTP（網(wǎng)絡(luò)新聞傳輸協(xié)議）等。

OSI以及TCP/IP協(xié)議對應關(guān)系表：

二、協(xié)議分析

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)服務器、計算機及交換機、路由器、防火墻等）之間通信規(guī)則的集合，它規(guī)定了通信時信息必須采用的格式和這些格式的意義。大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都采用分層的體系結(jié)構(gòu)，每一層都建立在它的下層之上，向它的上一層提供一定的服務，而把如何實現(xiàn)這一服務的細節(jié)對上一層加以屏蔽。

一臺設(shè)備上的第n層與另一臺設(shè)備上的第n層進行通信的規(guī)則就是第n層協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)的各層中存在著許多協(xié)議，接收方和發(fā)送方同層的協(xié)議必須一致，否則一方將無法識別另一方發(fā)出的信息。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)上各種設(shè)備能夠相互交換信息。常見的協(xié)議有：TCP/IP協(xié)議、以太網(wǎng)、UDP協(xié)議等。

2.1協(xié)議架構(gòu)

不同的協(xié)議層對數(shù)據(jù)包有不同的稱謂，在傳輸層叫做段（segment），在網(wǎng)絡(luò)層叫做數(shù)據(jù)報（datagram），在鏈路層叫做幀（frame）。數(shù)據(jù)封裝成幀后發(fā)到傳輸介質(zhì)上，到達目的主機后每層協(xié)議再剝掉相應的首部，最后將應用層數(shù)據(jù)交給應用程序處理。

其實在鏈路層之下還有物理層，指的是電信號的傳遞方式，比如現(xiàn)在以太網(wǎng)通用的網(wǎng)線（雙絞線）、早期以太網(wǎng)采用的的同軸電纜（現(xiàn)在主要用于有線電視）、光纖等都屬于物理層的概念。

2.2以太網(wǎng)協(xié)議格式

（1）其中的源地址和目的地址是指網(wǎng)卡的硬件地址（也叫MAC 地址），長度是48 位，是在網(wǎng)卡出廠時固化的。

（2）注意網(wǎng)卡芯片（例如DM9000A）收到的數(shù)據(jù)就是如上所示的一長串數(shù)據(jù)；其中包括以太網(wǎng)幀頭、IP報報頭、傳輸層協(xié)議段頭、應用層所需數(shù)據(jù)。

（3）以太網(wǎng)幀中的數(shù)據(jù)長度規(guī)定最小46 字節(jié)，最大1500 字節(jié)，ARP 和RARP 數(shù)據(jù)包的長度不夠46 字節(jié)，要在后面補填充位。最大值1500 稱為以太網(wǎng)的最大傳輸單元（MTU），不同的網(wǎng)絡(luò)類型有不同的MTU，如果一個數(shù)據(jù)包從以太網(wǎng)路由到撥號鏈路上，數(shù)據(jù)包度大于撥號鏈路的MTU了，則需要對數(shù)據(jù)包進行分片fragmentation）。ifconfig 命令的輸出中也有“MTU:1500”。注意，MTU 個概念指數(shù)據(jù)幀中有效載荷的最大長度，不包括幀首部的長度。

2.3IP協(xié)議格式

版本：

占 4 位，指 IP 協(xié)議的版本目前的 IP 協(xié)議版本號為 4 （即 IPv4）

首部長度：

占4位，可表示的最大數(shù)值是15個單位（一個單位為 4 字節(jié)）因此IP 的首部長度的最大值是 60 字節(jié)

區(qū)分服務：

占8位，用來獲得更好的服務，在舊標準中叫做服務類型，但實際上一直未被使用過.1998 年這個字段改名為區(qū)分服務。只有在使用區(qū)分服務（DiffServ）時，這個字段才起作用。一般的情況下都不使用這個字段

總長度：

占16位，指首部和數(shù)據(jù)之和的長度，單位為字節(jié)，因此數(shù)據(jù)報的最大長度為 65535 字節(jié)。總長度必須不超過最大傳送單元 MTU

標識：

占16位，它是一個計數(shù)器，用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)報的標識

標志（flag）：

占3位，目前只有前兩位有意義

MF

標志字段的最低位是 MF （More Fragment）

MF=1 表示后面“還有分片”。MF=0 表示最后一個分片

DF

標志字段中間的一位是 DF （Don‘t Fragment）

只有當 DF=0 時才允許分片

片偏移：

占12位，指較長的分組在分片后某片在原分組中的相對位置。片偏移以 8 個字節(jié)為偏移單位

生存時間：

占8位，記為TTL （Time To Live） 數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中可通過的路由器數(shù)的最大值，TTL 字段是由發(fā)送端初始設(shè)置一個 8 bit字段。推薦的初始值由分配數(shù)字 RFC 指定，當前值為 64.發(fā)送 ICMP 回顯應答時經(jīng)常把 TTL 設(shè)為最大值 255

協(xié)議：

占8位，指出此數(shù)據(jù)報攜帶的數(shù)據(jù)使用何種協(xié)議以便目的主機的IP層將數(shù)據(jù)部分上交給哪個處理過程， 1表示為 ICMP 協(xié)議， 2表示為 IGMP 協(xié)議， 6表示為 TCP 協(xié)議， 17表示為 UDP 協(xié)議

首部檢驗和：

占16位，只檢驗數(shù)據(jù)報的首部不檢驗數(shù)據(jù)部分。這里不采用 CRC 檢驗碼而采用簡單的計算方法

源地址和目的地址：

都各占 4 字節(jié)，分別記錄源地址和目的地址

2.4TCP協(xié)議格式

1. 源端口和目的端口

各占2字節(jié)，端口號加上IP地址，共同構(gòu)成socket。互相通信的進程使用一對socket，包括協(xié)議、源IP、源端口、目的IP、目的端口，這五個元素唯一確定一個TCP連接。

2. 序號

占4字節(jié)，是TCP段所發(fā)送的數(shù)據(jù)部分第一個字節(jié)的序號。在TCP傳送的數(shù)據(jù)流中，每一個字節(jié)都有一個序號。建立連接時，發(fā)送方將初始序號（Initial Sequence Number， ISN）填寫到第一個發(fā)送的TCP段序號中。

3. 確認號

占4字節(jié)，是期望收到對方下次發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號，也就是期望收到的下一個TCP段的首部中的序號，等于已經(jīng)成功收到的TCP段的最后一個字節(jié)序號加1。確認號在ACK標志為1時有意義，除了主動發(fā)起連接的第一個TCP段不設(shè)置ACK標志外，其后發(fā)送的TCP段都會設(shè)置ACK標志。

4. 數(shù)據(jù)偏移

占4比特，表示數(shù)據(jù)開始的地方離TCP段的起始處有多遠。實際上就是TCP段首部的長度。由于首部長度不固定，因此數(shù)據(jù)偏移字段是必要的。數(shù)據(jù)偏移以32位為長度單位，因此TCP首部的最大長度是60（15*4）個字節(jié)。

5. 控制位

一共6個，占6比特，設(shè)置為1時有效。按順序依次為：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。

6. 窗口

占2字節(jié)，表示報文段發(fā)送方期望接收的字節(jié)數(shù)，可接收的序號范圍是從接收方的確認號開始到確認號加上窗口大小之間的數(shù)據(jù)。

7. 校驗和

校驗和包含了偽首部、TCP首部和數(shù)據(jù)，校驗和是TCP強制要求的，由發(fā)送方計算，接收方驗證。

8. 緊急指針

URG標志為1時，緊急指針有效，表示數(shù)據(jù)需要優(yōu)先處理。緊急指針指出在TCP段中的緊急數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)的序號，使接收方可以知道緊急數(shù)據(jù)共有多長。

9. 選項

最常用的選項是最大段大小（Maximum Segment Size，MSS），向?qū)Ψ酵ㄖ緳C可以接收的最大TCP段長度。MSS選項只在建立連接的請求中發(fā)送。

2.5UDP協(xié)議格式

UDP是一種無連接的、不可靠的傳輸層協(xié)議；

在完成進程到進程的通信中提供了有限的差錯檢驗功能；

設(shè)計比較簡單的UDP協(xié)議的目的是希望以最小的開銷來達到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的進程通信目的；

進程發(fā)送的報文較短，同時對報文的可靠性要求不高，那么可以使用UDP協(xié)議。

編輯：hfy