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Linux–TCP/IP/UDP/ICMP协议头结构

1、UDP协议
UDP协议是建立在IP协议基础之上的,用在传输层的协议。UDP和IP协议一样是不可靠的数据报服务。
0                               16                              32
——————————————————-
|       UDP源端口     |      UDP目的端口   |
——————————————————-
|   UDP数据报长度 |   UDP数据报校验 |
——————————————————-
|                              数据                             |
——————————————————-


UDP的头格式为:
struct udphdr
{
u_int16_t source; /*源地址端口*/
u_int16_t dest;    /*目的地址端口*/
u_int16_t len;     /*UDP长度*/
u_int16_t check;   /*UDP校验和*/
};
头文件:linux/udp.h


2、ICMP协议
ICMP是消息控制协议,也处于网络层。在网络上传递IP数据包时,如果发生了错误,那么就会用ICMP协议来报告错误。
0               8             16                        32
—————————————————-
|    类型    |    代码    |       校验和           |
—————————————————-
|        识别号           |     报文序列号      |
—————————————————-
ICMP的头格式为:
struct icmphdr
{
u_int8_t type;                /* 类型 */
u_int8_t code;                /* 代码*/
u_int16_t checksum;   /*校验和*/
union
{
    struct
    {
      u_int16_t id;
      u_int16_t sequence;
    } echo;                     /* echo datagram */
    u_int32_t   gateway;        /* gateway address */
    struct
    {
      u_int16_t __unused;
      u_int16_t mtu;
    } frag;                     /* path mtu discovery */
} un;
};
头文件:linux /icmp.h


3、IP协议
IP协议是在网络层的协议,它主要完成数据包的发送作用,下面这个表是IPv4的数据包格式:  

IP的头格式为:


struct iphdr {
#if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD) /*小端*/
    __u8 ihl:4,              /*IP头部长度*/
          version:4;              /*IP版本,值为4*/
#elif defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD)/*大端*/
    __u8 version:4,          /*IP版本,值为4*/
                 ihl:4;              /*IP头部长度*/
#else
#error “Please fix <asm/byteorder.h>”
#endif
    __u8    tos;                /*服务类型*/
    __be16 tot_len;            /*总长度*/
    __be16 id;                 /*标识*/
    __be16 frag_off;           /*片偏移*/
    __u8    ttl;                /*生存时间*/
    __u8    protocol;           /*协议类型*/
    __u16   check;              /*头部校验和*/
    __be32 saddr;              /*源IP地址*/
    __be32 daddr;              /*目的IP地址*/
      /*IP选项*/
};
头文件:linux/ip.h


4、TCP协议


TCP的头格式为:
struct tcphdr
{
    __u16   source;         /*源地址端口*/
    __u16   dest;           /*目的地址端口*/
    __u32   seq;            /*序列号*/
    __u32   ack_seq;        /*确认序列号*/
#if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
    __u16 res1:4,         /*保留*/
         doff:4,            /*偏移*/
        fin:1,              /*关闭连接标志*/
        syn:1,              /*请求连接标志*/
        rst:1,              /*重置连接标志*/
        psh:1,              /*接收方尽快将数据放到应用层标志*/
        ack:1,              /*确认序号标志*/
        urg:1,              /*紧急指针标志*/
        ece:1,              /*拥塞标志位*/
        cwr:1;              /*拥塞标志位*/
#elif defined(__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
    __u16 doff:4,         /*偏移*/
        res1:4,             /*保留*/
        cwr:1,              /*拥塞标志位*/
        ece:1,              /*拥塞标志位*/
        urg:1,              /*紧急指针标志*/
        ack:1,              /*确认序号标志*/
        psh:1,              /*接收方尽快将数据放到应用层标志*/
        rst:1,              /*重置连接标志*/
        syn:1,              /*请求连接标志*/
        fin:1;              /*关闭连接标志*/
#else
#error “Adjust your <asm/byteorder.h> defines”
#endif
    __u16   window;         /*滑动窗口大小*/
    __u16   check;          /*校验和*/
    __u16   urg_ptr;        /*紧急字段指针*/
};
头文件:linux/tcp.h


tcphdr->source
    16位源端口号
tcphdr->dest
    16位目的端口号
tcphdr->seq
    表示此次发送的数据在整个报文段中的起始字节数。序号是32 bit的无符号数。为了安全起见,它的初始值是一个随机生成的数,它到达32位最大值后,又从零开始。
tcphdr->ack_seq
    指定的是下一个期望接收的字节,而不是已经正确接收到的最后一个字节。
tcphdr->doff
    TCP头长度,指明了在TCP头部包含多少个32位的字。此信息是必须的,因为options域的长度是可变的,所以整个TCP头部的长度也是变化的。从技术上讲,这个域实际上指明了数据部分在段内部的其起始地址(以32位字作为单位进行计量),因为这个数值正好是按字为单位的TCP头部的长度,所以,二者的效果是等同的
tcphdr->res1为保留位
tcphdr->window
    是16位滑动窗口的大小,单位为字节,起始于确认序列号字段指明的值,这个值是接收端正期望接收的字节数,其最大值是63353字节。
    TCP中的流量控制是通过一个可变大小的滑动窗口来完成的。window域指定了从被确认的字节算起可以接收的多少个字节。window = 0也是合法的,这相当于说,到现在为止多达ack_seq-1个字节已经接收到了,但是接收方现在状态不佳,需要休息一下,等一会儿再继续接收更多的数据,谢谢。以后,接收方可以通过发送一个同样ack_seq但是window不为0的数据段,告诉发送方继续发送数据段。
tcphdr->check
    是检验和,覆盖了整个的TCP报文段,这是一个强制性的字段,一定是由发送端计算和存储,并由接收端进行验证。
tcphdr->urg_ptr
    这个域被用来指示紧急数据在当前数据段中的位置,它是一个相对于当前序列号的字节偏移值。这个设施可以代替中断信息。
fin, syn, rst, psh, ack, urg为6个标志位
    这6个位域已经保留了超过四分之一个世纪的时间而仍然原封未动,这样的事实正好也说明了TCP的设计者们考虑的是多么的周到。它们的含义如下:
    tcphdr->fin fin位被用于释放一个连接。它表示发送方已经没有数据要传输了。
    tcphdr->syn 同步序号,用来发起一个连接。syn位被用于建立连接的过程。在连接请求中,syn=1; ack=0表示该数据段没有使用捎带的确认域。连接应答捎带了一个确认,所以有syn=1; ack=1。本质上,syn位被用来表示connection request和connection accepted,然而进一步用ack位来区分这两种情况。
    tcphdr->rst 该为用于重置一个已经混乱的连接,之所以会混乱,可能是由于主机崩溃,或者其他的原因。该位也可以被用来拒绝一个无效的数据段,或者拒绝一个连接请求。一般而言,如果你得到的数据段设置了rst位,那说明你这一端有了问题。
    tcphdr->psh 接收方在收到数据后应立即请求将数据递交给应用程序,而不是将它缓冲起来直到整个缓冲区接收满为止(这样做的目的可能是为了效率的原因)
    tcphdr->ack ack位被设置为1表示tcphdr->ack_seq是有效的。如果ack为0,则该数据段不包含确认信息,所以,tcphdr->ack_seq域应该被忽略。
    tcphdr->urg 紧急指针有效
    tcphdr->ece 用途暂时不明
    tcphdr->cwr 用途暂时不明


对于TCP协议,其IP头部的protocol的值应该为6,通过计算IP头部的长度可以得到TCP头部的地址,即TCP的头部在IP头部长度ihl*4之后。

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