以太网的分层架构_以太网上TCP/IP协议的分层结构及其报文格式

TCP/IP协议是一个比较复杂的协议集，有很多专业书籍介绍。在此，我仅介绍其与编程密切相关的部分：以太网上TCP/IP协议的分层结构及其报文格式。我们知道TCP/IP协议采用分层结构，其分层模型及协议如下表：

应　用　层 (Application)

HTTP、Telnet、FTP、SMTP、SNMP

传　输　层 (Transport)

TCP、UDP

网 间 网层 (Internet)

IP【ARP、RARP、ICMP】

网络接口层 (Network)

Ethernet、X.25、SLIP、PPP

协议采用分层结构，因此，数据报文也采用分层封装的方法。下面以应用最广泛的以太网为例说明其数据报文分层封装，如下图所示：

任何通讯协议都有独特的报文格式，TCP/IP协议也不例外。对于通讯协议编程，我们首先要清楚其报文格式。由于TCP/IP协议采用分层模型，各层都有专用的报头，以下就简单介绍以太网下TCP/IP各层报文格式。

以太网帧格式如下图：

8字节的前导用于帧同步，CRC域用于帧校验。这些用户不必关心其由网卡芯片自动添加。目的地址和源地址是指网卡的物理地址，即MAC地址，具有唯一性。帧类型或协议类型是指数据包的高级协议，如 0x0806表示ARP协议，0x0800表示IP协议等。

ARP/RARP(地址解析/反向地址解析)报文格式如下图：

“硬件类型”域指发送者本机网络接口类型(值“1”代表以太网)。“协议类型”域指发送者所提供/请求的高级协议地址类型(“0x0800”代表IP协议)。“操作”域指出本报文的类型(“1”为ARP请求，“2”为ARP响应，“3”为RARP请求，“4”为RARP响应)。

IP数据报头格式如下图：

我们用单片机实现TCP/IP协议要作一些简化，不考虑数据分片和优先权。因此，在此我们不讨论服务类型和标志偏移域，只需填“0” 即可。协议“版本”为4，“头长度”单位为32Bit，“总长度”以字节为单位，表示整个IP数据报长度。“标识”是数据包的ID号，用于识别不同的IP数据包。“生存时间” TTL是个数量及的概念，防止无用数据包一直存在网络中。一般每经过路由器时减一，因此通过TTL 可以算出数据包到达目的地所经过的路由器个数。“协议”域表示创建该数据包的高级协议类型。如 1表示ICMP协议，6表示TCP协议，17表示 UDP协议等。IP数据包为简化数据转发时间，仅采用头校验的方法，数据正确性由高层协议保证。

ICMP(网间网控制报文协议)协议应用广泛。在此仅给出最常见的回应请求与应答报文格式，用户命令ping便是利用此报文来测试信宿机的可到达性。报文格式如下图所示：

类型0 为回应应答报文，8 为回应请求报文。整个数据包均参与检验。注意ICMP封装在IP数据包里传送。

UDP报文格式如下图：

TCP报文格式如下图：

TCP 是面向连接的可靠数据传输协议，因此比较复杂，在此仅作简单介绍。“序号”指数据在发送端数据流中的位置。“确认号”指出本机希望下一个接收的字节的序号。与IP校验不同的是TCP，UDP校验采用伪头标加整个报文一同校验的方法。TCP协议工作原理另行介绍。