TCP/IP协议族的封装与分用

封装

    TCP/IP协议族的上层协议是通过封装来使用下层服务的。应用程序数据在发送到物理网络之前，将沿着协议族从上往下依次封装。每层协议都将在上层协议的基础上加上自己的头部信息（以太网还包括尾部信息），以实现改成的功能，这个过程就是封装。

    经过TCP封装后的数据成为TCP报文段（TCP message segment），或简称TCP段。TCP协议为通信双方维护一个连接，并且在内核中存储相关数据。这部分数据中的TCP头部信息和TCP内核缓冲区（发送缓冲区或是接收缓冲区）数据一起构成了TCP报文段。

    当发送端应用程序使用sendto（或write）函数向一个TCP连接写入数据时，内核中的TCP模块首先把这些数据复制到与该连接对应的TCP内核发送缓冲区中，然后TCP模块调用IP模块提供的服务，传递的参数包括TCP头部信息和TCP发送缓冲区中的数据，即TCP报文段。

    经过UDP封装后的数据称为UDP数据报 。UDP对应用程序的封装与TCP类似。不同的是，UDP无须为应用层数据保存副本，因为它提供的服务是不可靠的。当一个UDP数据报被成功发送之后，UDP内核缓冲区中的该数据报就被丢弃了（因此UDP没有真正意义上的发送缓冲区，sendto的数据直接交给内核，由内核进行交给网络层）。如果应用程序检测到该数据报未能被接受端正确接收，并打算重新发送这个数据报，则应用程序需要重新从用户空间将该数据拷贝到UDP内核中。

    经过IP封装后的数据称为IP数据报 。IP数据报包括头部信息和数据部分，其中数据部分就是一个TCP报文段、UDP数据报或者ICMP报文。

    经过数据链路层封装的数据称为帧（frame） 。传输媒介不同，帧的类型也不同。比如以太网上传输的是以太网帧，而令牌环网上传输的则是令牌环帧。

    帧才是最终在物理网络上传送的字节序列。至此，封装过程完成。

分用

    当帧到达目的主机时，将沿着TCP/IP协议族从下往上依次传递。各层协议依次处理帧中本层负责的头部数据，以获取所需的信息，并最终将处理后的数据交给目标应用程序。这个过程称为分用。 分用是靠头部信息中的类型字段实现的 。

    因为IP协议、ARP协议和RARP协议都使用帧传输数据，所以帧的头部需要提供某个字段来区分它们。以太网帧就是使用2个字节的类型字段来区分上层协议。

IP数据报类型字段值是0x800，ARP数据报类型字段值是0x806，RARP数据阿伯类型字段值是0x835，根据值的不同分别交给对应的上层协议。

    同样的，因为ICMP协议、TCP协议和UDP协议都使用IP协议，所以IP数据报的头部采用8位的协议字段来区分它们。ICMP是1，TCP是6，UDP是17。

    TCP报文段和UDP数据报通过头部的16位端口号字段区分上层应用程序。比如DNS协议对应的端口号是53，HTTP协议对应的端口号是80。

    帧通过上述步骤后，最终将封装前的原始数据送至目标服务（ARP服务，RARP服务，ICMP服务或者应用程序）。这样在顶层的目标服务看来，封装和分用似乎完全没有发生过。