TCP/IP协议栈与数据报封装(一）

一、ISO/OSI参考模型

物理层(Physical Layer)：物理层定义了所有电子及物理设备的规范，为上层的传输提供了一个物理介质，本层中数据传输的单位为比特（bit）。属于本层定义的规范有EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45等，实际使用中的设备如网卡等属于本层。

数据链路层（Data Link Layer）：对物理层收到的比特流进行数据成帧。提供可靠的数据传输服务，实现无差错数据传输。在数据

链路层中数据的单位为帧（frame）。属于本层定义的规范有SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等，实际使用中的设备如switch交换机属于本层。

网络层（Network Layer）：网络层负责将各个子网之间的数据进行路由选择，分组与重组。本层中数据传输的单位为数据包（packet）（This packet can be either an IP datagram or a fragment of an IP datagram）。属于本层定义的规范有IP、IPX、RIP、OSPF、ICMP、IGMP等。实际使用中的设备如路由器属于本层。

数据包和数据报区别：

an IP datagram is the unit of end-to-end transmission at the IP layer (before fragmentation and after reassembly), and a packet is the unit of data passed between the IP layer and the link layer. A packet can be a complete IP datagram or a fragment of an IP datagram.

传输层（Transport Layer）：提供可靠的数据传输服务，它检测路由器丢弃的包，然后产生一个重传请求，能够将乱序收到的数据包重新排序。在传输层数据的传输单位是段（segment）。

会话层（Session Layer）：管理主机之间会话过程，包括会话建立、终止和会话过程中的管理。

表示层（Presentation Layer）：表示层对网络传输的数据进行变换，使得多个主机之间传送的信息能够互相理解，包括数据的压缩、加密、格式转换等。

应用层（Application Layer）：应用层与应用程序界面沟通，以达至展示给用户的目的。 在此常见的协定有: HTTP，HTTPS，FTP，TELNET，SSH，SMTP，POP3等

二、TCP/IP协议四层模型

两台计算机通过TCP/IP协议通讯的过程如下所示：

应用层数据通过协议栈发到网络上时，每层协议都要加上一个数据首部（header），称为封装（Encapsulation），如下图所示：

其中，appl首部: 就是应用层协议，如分析http协议数据时，App1就是HTTP协议首部，与消息体之间的分隔符号是“\r\n\r\n”，

如果datatcp是指向Appl首部的位置，可以有

if( *(datatcp+j)==0x0d&&*(datatcp+j+1)==0x0a&&*(datatcp+j+2)==0x0d&&*(datatcp+j+3)==0x0a)

如果两台计算机在不同的网段中，那么数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器，如下图所示：

目的主机收到数据包后，如何经过各层协议栈最后到达应用程序呢？整个过程如下图所示：

以太网驱动程序首先根据以太网首部中的“上层协议”字段确定该数据帧的有效载荷（payload，指除去协议首部之外实际传输的数据）是IP、ARP还是RARP协议的数据报，然后交给相应的协议处理。假如是IP数据报，IP协议再根据IP首部中的“上层协议”字段确定该数据报的有效载荷是TCP、UDP、ICMP还是IGMP，然后交给相应的协议处理。假如是TCP段或UDP段，TCP或UDP协议再根据TCP首部或UDP首部的“端口号”字段确定应该将应用层数据交给哪个用户进程。IP地址是标识网络中不同主机的地址，而端口号就是同一台主机上标识不同进程的地址，IP地址和端口号合起来标识网络中唯一的进程。

虽然IP、ARP和RARP数据报都需要以太网驱动程序来封装成帧，但是从功能上划分，ARP和RARP属于链路层，IP属于网络层。虽然ICMP、IGMP、TCP、UDP的数据都需要IP协议来封装成数据报，但是从功能上划分，ICMP、IGMP与IP同属于网络层，TCP和UDP属于传输层。