tcp/ip学习之14: tcp协议之环路通信

一、环路抓包

今天尝试从PC端抓取了一段握手和挥后数据（服务器和客户端都是自己），如下：

以上是我从PC端抓的包， 比较清楚。感兴趣的同学可以自行分析（只包含了IP帧，不包含以太网头---这是环路通信的特点）。

三次握手

第一次握手：

0000   02 00 00 00 45 00 00 34 fe 0b 40 00 80 06 00 00
0010   c0 a8 01 68 c0 a8 01 68 fe 58 13 89 40 5c a1 18
0020   00 00 00 00 80 02 ff ff fd 74 00 00 02 04 ff d7
0030   01 03 03 08 01 01 04 02

第二次握手：

0000   02 00 00 00 45 00 00 34 fe 0c 40 00 80 06 00 00
0010   c0 a8 01 68 c0 a8 01 68 13 89 fe 58 5e 81 e4 2b
0020   40 5c a1 19 80 12 ff ff ba b6 00 00 02 04 ff d7
0030   01 03 03 08 01 01 04 02

第三次握手：

0000   02 00 00 00 45 00 00 28 fe 0d 40 00 80 06 00 00
0010   c0 a8 01 68 c0 a8 01 68 fe 58 13 89 40 5c a1 19
0020   5e 81 e4 2c 50 10 00 ff f4 ae 00 00

四次挥手

第一次挥手：

0000   02 00 00 00 45 00 00 28 fe 10 40 00 80 06 00 00
0010   c0 a8 01 68 c0 a8 01 68 fe 58 13 89 40 5c a1 26
0020   5e 81 e4 2c 50 11 00 ff f4 a0 00 00

第二次挥手：

0000   02 00 00 00 45 00 00 28 fe 11 40 00 80 06 00 00
0010   c0 a8 01 68 c0 a8 01 68 13 89 fe 58 5e 81 e4 2c
0020   40 5c a1 27 50 10 00 ff f4 a0 00 00

第三次挥手：

0000   02 00 00 00 45 00 00 28 fe 12 40 00 80 06 00 00
0010   c0 a8 01 68 c0 a8 01 68 13 89 fe 58 5e 81 e4 2c
0020   40 5c a1 27 50 11 00 ff f4 9f 00 00

第四次挥手：

0000   02 00 00 00 45 00 00 28 fe 13 40 00 80 06 00 00
0010   c0 a8 01 68 c0 a8 01 68 fe 58 13 89 40 5c a1 27
0020   5e 81 e4 2d 50 10 00 ff f4 9f 00 00

二、环路通信

下面，让我们详细解释一下为什么环路通信不会经过数据链路层。

1. 环路通信的定义
   环路通信（Loopback）是指数据包从本地主机发送到本地主机的过程。在这种情况下，数据包的源 IP 地址和目的 IP 地址是相同的，通常是 127.0.0.1（环回地址）或其他本地 IP 地址（如 192.168.1.104）。
2. 数据链路层的作用

• 数据链路层的主要职责是处理物理链路的通信，包括：
• 帧的封装：将网络层的数据包封装成帧。
• MAC 地址处理：使用 MAC 地址来标识源和目的设备。
• 错误检测和纠正：通过帧校验序列（FCS）来检测和纠正传输错误。
• 介质访问控制：管理对物理介质的访问，例如以太网中的 CSMA/CD。

3. 环路通信的处理机制
   当数据包的目标是本地主机时，操作系统会在网络层（IP 层）直接处理这些数据包，而不会将它们发送到数据链路层。以下是详细的原因：
   (1) IP 层的处理
   在 IP 层，操作系统会检查数据包的目的 IP 地址。如果目的 IP 地址是本地地址（如 127.0.0.1 或本地接口的 IP 地址），操作系统会直接将数据包传递给上层协议（如 TCP 或 UDP），而不会将其发送到数据链路层。
   (2) 数据链路层的跳过
   数据链路层主要处理物理网络接口之间的通信。如果数据包的目标是本地主机，那么它不需要通过物理网络接口发送，因此不会经过数据链路层。具体来说：
   MAC 地址的省略：在环路通信中，不需要使用 MAC 地址来标识目标设备，因为目标设备就是本地主机。
   帧的封装：数据链路层的帧封装是为物理网络传输设计的，而环路通信不需要物理传输。
4. 实际例子
   假设你运行了一个本地服务器（监听端口 5001），并从本地客户端（端口 65112）向该服务器发送一个 SYN 包。以下是处理过程：
   客户端发送数据包：
   数据包的目标 IP 地址是本地地址（如 192.168.1.104）。
   数据包到达 IP 层。
   IP 层处理：
   IP 层检查目标 IP 地址，发现它是本地地址。
   数据包被直接传递给 TCP 层，而不是发送到数据链路层。
   TCP 层处理：
   TCP 层接收数据包并处理 SYN 请求。
   如果目标端口上有监听的进程，TCP 层会生成一个 SYN-ACK 响应并发送回客户端。
5. 为什么不会经过数据链路层

• 效率：跳过数据链路层可以减少不必要的处理步骤，提高环路通信的效率。
• 设计目的：数据链路层是为了处理物理网络接口之间的通信设计的，而环路通信不需要物理传输。
• 本地处理：环路通信完全在本地主机内部完成，不需要通过物理网络接口发送数据。

总结
环路通信不会经过数据链路层，因为：

• 目标是本地主机：IP 层会直接处理本地目标地址的数据包，而不会将它们发送到数据链路层。
• 效率和设计目的：跳过数据链路层可以提高效率，并且符合网络协议的设计原则。