TCP,UDP,IP包头格式及说明

一、MAC帧头定义
/数据帧定义，头14个字节，尾4个字节/

typedef struct _MAC_FRAME_HEADER
{
 char m_cDstMacAddress[6];    //目的mac地址
 char m_cSrcMacAddress[6];    //源mac地址
 short m_cType;       　　　　　//上一层协议类型，如0x0800代表上一层是IP协议，0x0806为arp
}__attribute__((packed))MAC_FRAME_HEADER,*PMAC_FRAME_HEADER;

typedef struct _MAC_FRAME_TAIL
{
 unsigned int m_sCheckSum;    //数据帧尾校验和
}__attribute__((packed))MAC_FRAME_TAIL, *PMAC_FRAME_TAIL;

二、IP头结构的定义

/IP头定义，共20个字/

typedef struct _IP_HEADER 
{
 char m_cVersionAndHeaderLen;     　　//版本信息(前4位)，头长度(后4位)
 char m_cTypeOfService;      　　　　　 // 服务类型8位
 short m_sTotalLenOfPacket;    　　　　//数据包长度
 short m_sPacketID;      　　　　　　　 //数据包标识
 short m_sSliceinfo;      　　　　　　　  //分片使用
 char m_cTTL;        　　　　　　　　　　//存活时间
 char m_cTypeOfProtocol;    　　　　　 //协议类型
 short m_sCheckSum;      　　　　　　 //校验和
 unsigned int m_uiSourIp;     　　　　　//源ip
 unsigned int m_uiDestIp;     　　　　　//目的ip
} __attribute__((packed))IP_HEADER, *PIP_HEADER ;

tcp头结构定义

/TCP头定义，共20个字节/

typedef struct _TCP_HEADER 
{
 short m_sSourPort;        　　　　　　// 源端口号16bit
 short m_sDestPort;       　　　　　　 // 目的端口号16bit
 unsigned int m_uiSequNum;       　　// 序列号32bit
 unsigned int m_uiAcknowledgeNum;  // 确认号32bit
 short m_sHeaderLenAndFlag;      　　// 前4位：TCP头长度；中6位：保留；后6位：标志位
 short m_sWindowSize;       　　　　　// 窗口大小16bit
 short m_sCheckSum;        　　　　　 // 检验和16bit
 short m_surgentPointer;      　　　　 // 紧急数据偏移量16bit
}__attribute__((packed))TCP_HEADER, *PTCP_HEADER;

/*TCP头中的选项定义
kind(8bit)+Length(8bit，整个选项的长度，包含前两部分)+内容(如果有的话)
KIND = 1表示 无操作NOP，无后面的部分
2表示 maximum segment 后面的LENGTH就是maximum segment选项的长度（以byte为单位，1+1+内容部分长度）
3表示 windows scale 后面的LENGTH就是 windows scale选项的长度（以byte为单位，1+1+内容部分长度）
4表示 SACK permitted LENGTH为2，没有内容部分
5表示这是一个SACK包 LENGTH为2，没有内容部分
8表示时间戳，LENGTH为10，含8个字节的时间戳
*/
TCP的option

typedef struct _TCP_OPTIONS
{
 char m_ckind;
 char m_cLength;
 char m_cContext[32];
}__attribute__((packed))TCP_OPTIONS, *PTCP_OPTIONS;

四、UDP头结构的定义

/UDP头定义，共8个字节/

typedef struct _UDP_HEADER 
{
 unsigned short m_usSourPort;    　　　// 源端口号16bit
 unsigned short m_usDestPort;    　　　// 目的端口号16bit
 unsigned short m_usLength;    　　　　// 数据包长度16bit
 unsigned short m_usCheckSum;    　　// 校验和16bit
}__attribute__((packed))UDP_HEADER, *PUDP_HEADER;

tcp、ip、udp头部格式
2.2　TCP/IP报文格式
　　1、IP报文格式
　　IP协议是TCP/IP协议族中最为核心的协议。它提供不可靠、无连接的服务，也即依赖其他层的协议进行差错控制。在局域网环境，IP协议往往被封装在以太网帧（见本章1.3节）中传送。而所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP数据都被封装在IP数据报中传送。如图2-3所示：
　　 　
　　
　　 图2-3　 TCP/IP报文封装
图2-4是IP头部（报头）格式：（RFC 791）。
　　 　
　　 图2-4　 IP头部格式
　　
　　其中：
　　●版本（Version）字段：占4比特。用来表明IP协议实现的版本号，当前一般为IPv4，即0100　　
　　●报头长度（Internet Header Length，IHL）字段：占4比特。是头部占32比特的数字，包括可选项。普通IP数据报（没有任何选项），该字段的值是5，即160比特=20字节。此字段最大值为60字节。　　
　　●服务类型（Type of Service ，TOS）字段：占8比特。其中前3比特为优先权子字段（Precedence，现已被忽略）。第8比特保留未用。第4至第7比特分别代表延迟、吞吐量、可靠性和花费。当它们取值为1时分别代表要求最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。这4比特的服务类型中只能置其中1比特为1。可以全为0，若全为0则表示一般服务。服务类型字段声明了数据报被网络系统传输时可以被怎样处理。例如：TELNET协议可能要求有最小的延迟，FTP协议（数据）可能要求有最大吞吐量，SNMP协议可能要求有最高可靠性，NNTP（Network News Transfer Protocol，网络新闻传输协议）可能要求最小费用，而ICMP协议可能无特殊要求（4比特全为0）。实际上，大部分主机会忽略这个字段，但一些动态路由协议如OSPF（Open Shortest Path First Protocol）、IS-IS（Intermediate System to Intermediate System Protocol）可以根据这些字段的值进行路由决策。　　
　　●总长度字段：占16比特。指明整个数据报的长度（以字节为单位）。最大长度为65535字节。　　
　　●标志字段：占16比特。用来唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发一份报文，它的值会加1。　　
　　●标志位字段：占3比特。标志一份数据报是否要求分段。　　
　　●段偏移字段：占13比特。如果一份数据报要求分段的话，此字段指明该段偏移距原始数据报开始的位置。　　
　　●生存期（TTL：Time to Live）字段：占8比特。用来设置数据报最多可以经过的路由器数。由发送数据的源主机设置，通常为32、64、128等。每经过一个路由器，其值减1，直到0时该数据报被丢弃。　　
　　●协议字段：占8比特。指明IP层所封装的上层协议类型，如ICMP（1）、IGMP（2） 、TCP（6）、UDP（17）等。　　
　　●头部校验和字段：占16比特。内容是根据IP头部计算得到的校验和码。计算方法是：对头部中每个16比特进行二进制反码求和。（和ICMP、IGMP、TCP、UDP不同，IP不对头部后的数据进行校验）。　　
　　●源IP地址、目标IP地址字段：各占32比特。用来标明发送IP数据报文的源主机地址和接收IP报文的目标主机地址。　　
　　可选项字段：占32比特。用来定义一些任选项：如记录路径、时间戳等。这些选项很少被使用，同时并不是所有主机和路由器都支持这些选项。可选项字段的长度必须是32比特的整数倍，如果不足，必须填充0以达到此长度要求。
　　
　　2、TCP数据段格式　　
　　TCP是一种可靠的、面向连接的字节流服务。源主机在传送数据前需要先和目标主机建立连接。然后，在此连接上，被编号的数据段按序收发。同时，要求对每个数据段进行确认，保证了可靠性。如果在指定的时间内没有收到目标主机对所发数据段的确认，源主机将再次发送该数据段。　　
　　如图2-5所示，是TCP头部结构（RFC 793、1323）。
　　 　
　　 图2-5　 TCP头部结构
　　
　　●源、目标端口号字段：占16比特。TCP协议通过使用”端口”来标识源端和目标端的应用进程。端口号可以使用0到65535之间的任何数字。在收到服务请求时，操作系统动态地为客户端的应用程序分配端口号。在服务器端，每种服务在”众所周知的端口”（Well-Know Port）为用户提供服务。　　
　　●顺序号字段：占32比特。用来标识从TCP源端向TCP目标端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。
　　●确认号字段：占32比特。只有ACK标志为1时，确认号字段才有效。它包含目标端所期望收到源端的下一个数据字节。
●头部长度字段：占4比特。给出头部占32比特的数目。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节；最多可以有60字节的TCP头部。
　　●标志位字段（U、A、P、R、S、F）：占6比特。各比特的含义如下：
　　◆URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
　　◆ACK：确认序号有效。
　　◆PSH：接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。
　　◆RST：重建连接。
　　◆SYN：发起一个连接。
　　◆FIN：释放一个连接。　　
　　●窗口大小字段：占16比特。此字段用来进行流量控制。单位为字节数，这个值是本机期望一次接收的字节数。　　
　　●TCP校验和字段：占16比特。对整个TCP报文段，即TCP头部和TCP数据进行校验和计算，并由目标端进行验证。　　
　　●紧急指针字段：占16比特。它是一个偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。　　
　　●选项字段：占32比特。可能包括”窗口扩大因子”、”时间戳”等选项。　　
　　3、UDP数据段格式　　
　　UDP是一种不可靠的、无连接的数据报服务。源主机在传送数据前不需要和目标主机建立连接。数据被冠以源、目标端口号等UDP报头字段后直接发往目的主机。这时，每个数据段的可靠性依靠上层协议来保证。在传送数据较少、较小的情况下，UDP比TCP更加高效。　　
　　如图2-6所示，是UDP头部结构（RFC 793、1323）：
　　 　
　　 图2-6　 UDP数据段格式
　　
　　●源、目标端口号字段：占16比特。作用与TCP数据段中的端口号字段相同，用来标识源端和目标端的应用进程。　　
　　●长度字段：占16比特。标明UDP头部和UDP数据的总长度字节。　
　　●校验和字段：占16比特。用来对UDP头部和UDP数据进行校验。和TCP不同的是，对UDP来说，此字段是可选项，而TCP数据段中的校验和字段是必须有的。　　
　　2.3　套接字　　
　　在每个TCP、UDP数据段中都包含源端口和目标端口字段。有时，我们把一个IP地址和一个端口号合称为一个套接字（Socket），而一个套接字对（Socket pair）可以唯一地确定互连网络中每个TCP连接的双方（客户IP地址、客户端口号、服务器IP地址、服务器端口号）。　　
　　如图2-7所示，是常见的一些协议和它们对应的服务端口号。
　　 　
　　 图2-7　 常见协议和对应的端口号
　　
　　需要注意的是，不同的应用层协议可能基于不同的传输层协议，如FTP、TELNET、SMTP协议基于可靠的TCP协议。TFTP、SNMP、RIP基于不可靠的UDP协议。　　
　　同时，有些应用层协议占用了两个不同的端口号，如FTP的20、21端口，SNMP的161、162端口。这些应用层协议在不同的端口提供不同的功能。如FTP的21端口用来侦听用户的连接请求，而20端口用来传送用户的文件数据。再如，SNMP的161端口用于SNMP管理进程获取SNMP代理的数据，而162端口用于SNMP代理主动向SNMP管理进程发送数据。
　　还有一些协议使用了传输层的不同协议提供的服务。如DNS协议同时使用了TCP 53端口和UDP 53端口。DNS协议在UDP的53端口提供域名解析服务，在TCP的53端口提供DNS区域文件传输服务。