IP协议和网络传输中的封装与分用

       使用tcp/ip五层模型：

          

1 封装

       当我们应用程序用TCP传输数据的时候，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层，知道最后到物理层数据转换成比特流，送入网络。而再这个过程中，每一层都会对要发送的数据加一些首部信息。整个过程如下图。

如图可以看出，每一层数据是由上一层数据+本层首部信息组成的，其中每一层的数据 ，称为本层的协议数据单元，即PDU。

应用层数据在传输层添加TCP报头后得到的PDU被称为 Segment(数据段 )，图示为TCP段。

传输层的数据（TCP段）传给网络层，网络层添加IP报头得到的PDU被称为Packet(数据包)， 图示为IP数据包

网络层数据报（IP数据包）被传递到数据链路层，封装数据链路层报头得到的PDU被称为Frame(数据帧)，图示为以太网帧。

最后，帧被转换为比特,通过网络介质传输。

这种协议栈逐层向下传递数据，并添加报头和报尾的过程称为封装。

        假设主机A发送数据给主机B，一般流程是这样：A应用层数据-》A的传输层-》A的网络层-》A的链路层 -》 网络上找到B，并发送给B的链路层 -》 B的网络层 -》 B的传输层 -》 B的应用层。如下图：

• 封装（Encapsulation）：从上到下。将数据打上一定的头部。应用程序用TCP传输数据的时候，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层，直到最后到物理层数据转换成比特流，送入网络。在这个过程中，每一层都会对要发送的数据加一些首部信息。
• 分用（解封（Demultiplexing））：从下到上，将数据头部进行拆开。从下网上时再逐一将对应层的头部去掉，一层一层剥离。直到应用层。

2 数据格式

       需要注意的是，这里所说的以太网帧，与我们常说的以太网是不一样的。下面我们就来介绍每一层数据的首部信息内容。

       首先我们知道世界上有个协会叫作IEEE，即电子工程师协会，里面有个分会，叫作IEEE802委员会，是专门来制定局域网各种标准的。而802下面还有个分部，叫作802.3.就是我们经常提到的 IEEE802.3，这个部门制定的规范叫以太网规范，这个以太网规范中就定义了上面提到的“以太网首部”，这个以太网规范，实际只定义了数据链路层中的MAC层和物理层规范。（注意数据链路层包括MAC子层和LLC子层两个子层，而LLC子层是在IEEE802.2中规范的）。

2.1 以太网帧格式

        以太网常用帧格式有两种，一种是Ethernet II，另一种是IEEE 802.3 格式。这两种格式区别是：Ethernet II中包含一个Type字 段,。而IEEE 802.3格式中,此位置是长度字段。 其中Type字段描述了，以太网首部 后面所跟数据包的类型，例如Type为0x8000时为IP协议包，Type为8060时，后面为ARP协议包。以太网中多数数据帧使用的是Ethernet II帧格式。

     a、Ethernet II帧格式

    b、IEEE 802.3 帧格式

     前导码：Ethernet II是由8个8‘b10101010构成，IEEE802.3由7个8‘b10101010+1个字节SFD..

     目的地址：目的设备的MAC物理地址。

     源 地址 ：发送设备的MAC物理地址。

     类型(Ethernet II)：以太网首部 后面所跟数据包的类型，例如Type为0x8000时为IP协议包，Type为8060时，后面为ARP协议包。

     长度(IEEE802.3)：当长度小于1500时，说明该帧为IEEE802.3帧格式，大于1500时，说明该帧为Ethernet II帧格式。

     数据：数据长度最小为46字节，不足46字节时，填充至46字节。因为最小帧长度是64字节，所以，46+6+6+2+4=64。（不算前导码）

     FCS: 就是CRC校验值

     以太网首部就是：

2.2 IP数据包格式

    IP数据包格式如下图。IP首部，如图也表示出来了。

2.3 TCP数据段格式

        如图所示为TCP首部和TCP数据段格式

2.4 UDP数据段格式--传输层的

    

    其中UDP首部如上图所示。

5、ARP数据包格式(摘自：来源： http://blog.sina.com.cn/s/blog_9c5d29f70101dwgk.html)

（1）硬件类型字段指明了发送方想知道的硬件接口类型，以太网的值为1；

（2）协议类型字段指明了发送方提供的高层协议类型，IP为0800（16进制）；

（3）硬件地址长度和协议长度指明了硬件地址和高层协议地址的长度，这样ARP报文就可以在任意硬件和任意协议的网络中使用；

（4）操作字段用来表示这个报文的类型，ARP请求为1，ARP响应为2，RARP请求为3，RARP响应为4；

（5）发送方的硬件地址（0-3字节）：源主机硬件地址的前3个字节；

（6）发送方的硬件地址（4-5字节）：源主机硬件地址的后3个字节；

（7）发送方IP（0-1字节）：源主机硬件地址的前2个字节；

（8）发送方IP（2-3字节）：源主机硬件地址的后2个字节；

（9）目的硬件地址（0-1字节）：目的主机硬件地址的前2个字节；

（10）目的硬件地址（2-5字节）：目的主机硬件地址的后4个字节；

（11）目的IP（0-3字节）：目的主机的IP地址。