TCP/IP包头结构

TCP包头结构

TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议

端口号取值范围0~6535  因为十六位二进制构成 2^16
第一行  四层协议必须干的活 传输层 把端口号封装到数据里
第二行  序号： 保证数据的顺序  
第三行  确认序号：去要下一个序号同时代表我已经收到了
第四行  首部长度 数据前面的称之为头部
       6位标记位 每一个标记位占一位
       URG紧急标记位
       ACK确认标记位
       PSH若置为1这一数据段不在缓存区里等待，直接优先处理
       RST断开连接标记位
       SYN请求标记位 置一建立连接的过程
       FIN结束标记位 置一释放连接的过程
第五行  校验和，目的是保证数据完整性

二层使用的循环冗余算法   CRC算法
四层使用的是反码相加法            强度较强
    四层伪头部校验 --- 12个字节的内容，32源IP，32目标IP，8位保留，8位协议，16位总长度
    
    
注意：不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。确认方Ack=发起方Seq+1，两端配对

TCP报文各段详细说明：

• 源端口和目的端口:　　各占 2 字节.端口是传输层与应用层的服务接口.传输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现
• 序号:　　占 4 字节.TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号.序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号
• 确认号:　　占 4 字节,是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号
• 数据偏移/首部长度:　　占 4 位,它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远.“数据偏移”的单位是 32 位字(以 4 字节为计算单位)
• 保留:　　占 6 位,保留为今后使用,但目前应置为 0
• 紧急URG:　　当 URG=1 时,表明紧急指针字段有效.它告诉系统此报文段中有紧急数据,应尽快传送(相当于高优先级的数据)
• 确认ACK:　　只有当 ACK=1 时确认号字段才有效.当 ACK=0 时,确认号无效
• PSH(PuSH):　　接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段,就尽快地交付接收应用进程,而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付
• RST (ReSeT):　　当 RST=1 时,表明 TCP 连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因）,必须释放连接,然后再重新建立运输连接
• 同步 SYN:　　同步 SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文
• 终止 FIN:　　用来释放一个连接.FIN=1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕,并要求释放运输连接
• 检验和:　　占 2 字节.检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分.在计算检验和时,要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部
• 紧急指针:　　占 16 位,指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面）
• 选项:　　长度可变.TCP 最初只规定了一种选项,即最大报文段长度 MSS.MSS 告诉对方 TCP：“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是 MSS 个字节.” [MSS(Maximum Segment Size)是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度.数据字段加上 TCP 首部才等于整个的 TCP 报文段]
• 填充:　　这是为了使整个首部长度是 4 字节的整数倍

IP包头结构

版本号（Version）：

长度4比特。标识目前采用的IP协议的版本号。一般的值为0100（IPv4），0110（IPv6）

IP包头长度（Header Length）：

长度4比特。这个字段的作用是为了描述IP包头的长度，因为在IP包头中有变长的可选部分。
该部分占4个bit位，单位为32bit（4个字节），即本区域值= IP头部长度（单位为bit）/(8*4)，
因此，一个IP包头的长度最长为“1111”，即15*4＝60个字节。IP包头最小长度为20字节。

服务类型（Type of Service）：

长度8比特。8位 按位被如下定义 PPP DTRC0

PPP：定义包的优先级，取值越大数据越重要

  000 普通 (Routine)

  001 优先的 (Priority)

  010 立即的发送 (Immediate)

  011 闪电式的 (Flash)

  100 比闪电还闪电式的 (Flash Override)

  101 CRI/TIC/ECP(找不到这个词的翻译)

  110 网间控制 (Internetwork Control)

  111 网络控制 (Network Control)

D 时延: 0:普通 1:延迟尽量小

T 吞吐量: 0:普通 1:流量尽量大

R 可靠性: 0:普通 1:可靠性尽量大

M 传输成本: 0:普通 1:成本尽量小

0 最后一位被保留，恒定为0

IP包总长（Total Length）：

长度16比特。 以字节为单位计算的IP包的长度 (包括头部和数据)，所以IP包最大长度65535字节。

标识符（Identifier）:

长度16比特。该字段和Flags和Fragment Offest字段联合使用，对较大的上层数据包进行分段（fragment）操作。
路由器将一个包拆分后，所有拆分开的小包被标记相同的值，以便目的端设备能够区分哪个包属于被拆分开的包的一部分。

标记（Flags）：

长度3比特。该字段第一位不使用。第二位是DF（Don't Fragment）位，DF位设为1时表明路由器不能对该上层数据包分段。
如果一个上层数据包无法在不分段的情况下进行转发，则路由器会丢弃该上层数据包并返回一个错误信息。
第三位是MF（More Fragments）位，当路由器对一个上层数据包分段，则路由器会在除了最后一个分段的IP包的包头中将MF位设为1。

片偏移（Fragment Offset）：

长度13比特。表示该IP包在该组分片包中位置，接收端靠此来组装还原IP包。

生存时间（TTL）：

长度8比特。当IP包进行传送时，先会对该字段赋予某个特定的值。
当IP包经过每一个沿途的路由器的时候，每个沿途的路由器会将IP包的TTL值减少1。
如果TTL减少为0，则该IP包会被丢弃。这个字段可以防止由于路由环路而导致IP包在网络中不停被转发。 

协议（Protocol）：

长度8比特。标识了上层所使用的协议。

以下是比较常用的协议号：

  1  ICMP

  2  IGMP

  6  TCP

  17  UDP

  88  IGRP

  89  OSPF

头部校验（Header Checksum）：。

长度16位。用来做IP头部的正确性检测，但不包含数据部分。 
因为每个路由器要改变TTL的值,所以路由器会为每个通过的数据包重新计算这个值

起源和目标地址（Source and Destination Addresses）：

这两个地段都是32比特。标识了这个IP包的起源和目标地址。要注意除非使用NAT，否则整个传输的过程中，这两个地址不会改变。
至此，IP包头基本的20字节已介绍完毕，此后部分属于可选项，不是必须的部分。

可选项（Options）：

这是一个可变长的字段。该字段属于可选项，主要用于测试，由起源设备根据需要改写。可选项目包含以下内容：

1、松散源路由（Loose source routing）：给出一连串路由器接口的IP地址。IP包必须沿着这些IP地址传送，但是允许在相继的两个IP地址之间跳过多个路由器。

2、严格源路由（Strict source routing）：给出一连串路由器接口的IP地址。IP包必须沿着这些IP地址传送，如果下一跳不在IP地址表中则表示发生错误。

3、路由记录（Record route）：当IP包离开每个路由器的时候记录路由器的出站接口的IP地址。

4、时间戳（Timestamps）：当IP包离开每个路由器的时候记录时间。

填充（Padding）：

因为IP包头长度（Header Length）部分的单位为32bit，所以IP包头的长度必须为32bit的整数倍。
因此，在可选项后面，IP协议会填充若干个0，以达到32bit的整数倍。