以太网协议介绍(ARP、UDP、ICMP、IP)

以太网协议介绍

一、ARP协议

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请求:

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应答:

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ARP协议:

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0x0001 0x0800 6 4

硬件类型:2个字节,arp协议不仅能在以太网上运行还能在其他类型的硬件上运行。以太网用1来表示;
协议类型:两字节。指的是arp协议的上层协议是什么,以太网中上层协议是IP,用0x0800表示;
硬件地址长度:1个字节。表示MAC地址的长度,即12-34-56-78-9a-ab,一共6位,所以这里填写6;
协议地址长度:一个字节。表示的是IP地址的长度。192.168.1.102,一共4个字节(byte);
OP:表示操作码,为1时表示请求,为2的时候是应答操作;
源mac地址:主机A的mac地址。长度为6字节;
源IP地址:主机A的IP地址。4个字节;
目的MAC地址:B主机的MAC地址。4个字节;
目的IP地址:B主机的IP地址。长度为6字节。

注意:
A发送请求时,源地址是指A的;当B主机应答的时候源地址是指B的。即谁发送源地址就是谁,目的地址是要发送的目标地址。

以太网ARP数据包格式:

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FCS:校验

在以太网帧头部分也包含了目的地址的mac和ip地址。

二、以太网帧格式:

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以太网通信是通过包的形式进行传输的,不像串口协议一样单位是byte。

前导码:7个字节。由7个0x55组成,0x55=0101_0101;
SFD:帧开始的界定符,长度为1个字节。固定值0xd5;
目的MAC地址:数据发送给谁,目的端的MAC地址,6个字节;
源MAC地址:谁发送的数据,6个字节;
长度or类型:如下图解析;
以太网数据格式:这个字段最低46byte,最高1500Byte,1500是最大的传输单元,单个数据包如果超过1500字节的话会被对端设备丢弃;


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帧间隙:

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三、以太网的UDP协议

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TCP和UDP的区别

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​ osi 7层模型:实现通信的任务以太网协议介绍(ARP、UDP、ICMP、IP)_第12张图片

对于fpga开发,只需要关注传输层,网络层、数据链路层、物理层,嵌入式开发需要关注的是应用层、表示层、会话层。

物理层:底层硬件支持,利用传输介质为数据链路层提供物理连接,实现比特流的透明传输,使数据链路层不必考虑网络的介质是什么。PHY芯片、网线、RJ45座子等;
数据链路层:定义在单个链路上如何传输数据,其功能就是将数据组合成数据块(数据)。并提共数据差错校验的功能,帧是数据链路层传输的单位。如以太网的数据帧格式;
网络层:通过IP寻址来建立两个节点之间的连接,为数据包选择路由,如IP协议层;
传输层:作用是为上层协议提供端到端(端口到端口)的可靠和透明的数据传输服务,包括处理差错控制和流量控制等问题,如:TCP/UDP;

会话层:建立和管理应用程序之间的通道
表示层:主要的功能就是定义数据传输过程中的数据格式以及加密;
应用层:计算机用户以及各种应用程序和网络之间的接口,功能说就是直接向用户提供服务,完成用户希望在网络上完成的各种工作。如文件传输服务(FTP)、超文本传输协议(HTTP)

UDP数据格式:

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四、IP协议简介

IP:internet protocol(网际协议)

IP协议是TCP/IP协议簇中的核心协议之一,也是TCP/IP协议的载体,IP协议规定了数据传输时的基本单元和格式。所有的TCP、UDP以及ICMP数据都是以IP数据报格式传输的。

IP数据报格式:

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IP首部是以4(32bit)个字节为单位,

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版本:IPv4 or IPv6;IPv4的地址是4个字节,即为0100,IPv6是6个字节,即0110; 
首部长度:指的是IP首部一共有多少个4个字节(以4个字节为单位),如果不包含可选字段,这里就填写5,5 * 4byte = 20 byte;
服务类型:一般设置为0,表示一般的服务;
总长度:IP首部和IP数据一共多长,最大的值为65535,但是实际上传送不了那么多,因为还要考虑以太网的帧格式长度,也就是只能传输1千多;
标识:初始值为0,每发送一个UDP数据包,这个值就累加1
标志:3bit,表示如有10000个数据,但是一次传输不了那么多,用于表示分片,需要对数据包进行分片;位号表示2  1  0,位号2为保留位为0,位号1为禁止分片位(不需要分片置为1,需要分片置为0),位号0表示需要更多的分片(在位号1使能的情况下使用),一般使用值为0。一般设为:010,表示不分片;
片偏移:分片的时候才有意义,当前的数据包位于整个数据包哪一个位置,方便后面解析的时候对其进行拼接;
生存时间:防止数据被无止境的复制下去,数据每经过1次路由器,生存时间就会减1;一般设置为64或者128;
协议:如果是UDP协议的时候就是17.如下图常用国际协议编号所示;
首部校验和:下面进行讲解,IP首部校验和计算方法图;
源IP地址:发送端的IP地址;
目的IP地址:接收端的IP地址;
可选字段:也是按照4个字节为单位;

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举个例子:

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以太网UDP数据格式:

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UDP首部中端口号很重要,用于表示数据来自哪里和发送到哪里。

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如果IP的检验和不正确的话,接收端将会丢掉数据包,UDP校验和大部分的接收端是不管的,所以一般置为0x00。

五、ICMP协议

ICMP(Internet control message protocol的缩写),即互联网控制消息协议。它用于TCP/IP网络中发送控制消息,提供可能发生在通信环境中的各种问题反馈,通过这些消息,使得网络管理者可对所发生的问题做出诊断,然后适当的措施解决问题。

ICMP信息功能:

查询类报文:主要用于信息的查询和采集,比较教材传输路径上的每个路由器都是谁,本次传输的报文是否达到目的地等等。如ping功能就是这个。

差错诊断类报文:主要用于诊断网络故障,比如传输报文被丢弃的原因是什么等等。

ICMP协议包格式:

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ICMP查询报文:

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ICMP报文类型:

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	--晓凡   2023年10月2日于武汉书

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