毕业设计之路(5)——ICMP、IGMP、TCP协议

今天天气不错。

Internet控制信息协议（ICMP），在结构上是属于传输层的，但在实际的功能上它是属于网络层的，是IP层的组成部分。ICMP协议为IP数据报提供传输过程中遇到的路由和传送错误报告。

ICMP消息在以下几种情况发送：当数据报不能到达目的地时，当网关已经失去缓存功能时，当网关能够引导主机在更短路由上发送时。

IP并非设计为绝对可靠，这个协议是为了当网路出现问题时返回控制信息，而不是使IP协议变得绝对可靠，并不保证数据报或控制信息能够返回。一些数据报仍将在没有任何报告的情况下丢失。上层协议必须使用自己的差错控制程序来判断通信是否正确。ICMP信息通常报告在处理数据报过程中的错误。若要避免信息无限制地返回，ICMP消息不会单独成包发送，而且ICMP信息只在处理数据报偏移量为0时发送。

ICMP消息以基本IP报头发送。下面是ICMP的封装。

• 类型：长度1字节，表示该ICMP帧的类型。ICMP信息既是一份差错报文，又是查询报文。
• 代码：长度1字节，表示在该类型下的错误代码。只有差错报文才有，其它都为0
• 校验和：长度2字节，表示整个ICMP帧的16位校验和，计算范围是ICMP的类型开始到数据末尾结束。计算方法与IP的校验和相同。计算方法与IP的校验和相同。
• 特定类型的数据：几乎每个类型的数据都不相同，长度也不一。

IGMP数据报

Internet组管理协议（IGMP）在IP主机上应用，并向任一个邻近的路由器报告它们的组播成员关系。该备忘录仅描述了IGMP在主机和路由器之间如何确定成员关系，此路由器和组播成员主机的行为相反。IGMP也可以用于两个路由器之间。

同ICMP一样，IGMP也是IP的一个组成部分。它要求在所有想接收IP组播的主机都要实现IGMP。IGMP消息封装在IP报文中，其IP的协议号为2.在该文档中所有说明了的IGMP消息均会用TTL为1进行传递，并在IP头中包括了IP路由检测选项。

TCP协议

TCP协议全称是传输控制协议，从TCP/IP这个名字即可知道TCP的分量。以4部分讲述TCP协议。TCP协议帧的基础；TCP的连接；TCP的流量控制；TCP的超时和重发。

1) TCP协议帧的基础

• 面向连接：TCP协议规定，在进行数据传输之前2个及诶单必须使用TCP连接的建立过程，建立连接成功后再进行数据传输。终止连接也要使用TCP连接中断过程关闭连接。
• 双向传输：TCP协议中，每个连接都有2个逻辑管道，一收一发。数据可以同时进行收和发，TCP报头包含传出数据和确认输入数据的序列号。
• 可靠传输：TCP协议规定，在传输数据时要按顺序发送数据，并需得到接收方的确认，没有得到确认的数据将重发，接收方接收到的重复包将被丢弃，失序包将被还原为正确的序列。TCP校验字提供比特级的完整性校验。
• 数据字节流：在TCP的输入和输出逻辑管道上传输的数据被认为是连续的字节流，TCP报头的序列号和确认号都是以字节为单位确定的。TCP不知道所传输的字节流的内容是什么，以及在哪里开始，在哪里结束，对字节流数据的分析只能通过应用层的协议进行分析。
• 流控制：TCP协议中还规定了数据传输的流量控制，防止堵塞。在数据传输的双方都有接收缓冲区，如果一方接收缓冲区已满，另一方将不再发送，直到缓冲区有空余空间。而双方的缓冲区都是独立的，永远也不会溢出。
• 应用层数据分段：TCP建立连接时，双方都交换可接收的最大段，如果接收到ICMP的”路径最大传输单位“MTU消息，就能自动调整TCP最大段的大小。
• 一对一传输：TCP协议只能实现一对一，而UDP协议可以提供一对多服务。

总结以上几点，TCP协议为上层的应用层协议提供了可靠的数据传输服务，使用TCP传输的有HTTP,FTP,SMTP等一些不提供可靠数据传输的应用层协议。

说说TCP帧的结构。TCP帧分为两部分：报头和有效负载。TCP报头的长度是可以改变的，最小长度是20字节（在没有选项和填充时）。

TCP报头有以下字段：

(1) 源端口：长度为2字节。标识源应用层协议。如80（HTTP服务器端口）20和21（FTP服务器端口）、23（TELNET服务器端口）等。应用层协议的服务器端一般在已知的端口上接听，而应用层协议的客户端只对默认的服务器端口进行访问。

(2) 目标端口：长度为2字节，标识目标应用层协议。IPO报头的目标IP地址加上TCP报头的目标端口组成全局唯一而有效的地址，1个IP地址加一个端口号就称为一个SOCKET。

(3) 序 列号（ISN）：长度4字节，表示本TCP帧中有效数据的第1个字节的基于输出字节流的序列号，即使没有有效数据也要设置序列号，这时它等于下一个字节的基于输出字节流的序列号。另外在建立连接或断开连接时序列号加1，这种情况以后再详细说明。

(4) 确认号（ACK）：长度4字节，表示接收方希望接受的下一帧TCP帧数据字节流的第1个字节序列号。确认号提供对已经接收数据的确认。如果已经发送的数据没有得到正确的确认，就要重发。所以接收方要对已经接收的数据积极确认，确认号对所有的TCP帧来说都是非常重要的。

(5) TCP帧头长度：长度是4位，表示在TCP帧中TCP帧头的长度，和IP的报头长度一样，它的数值范围是0X5~0XF，她是表示4的倍数的值。如最小的TCP报头长度是20，可以表示为0x5,最大的TCP报头长度是60，它可以表示为0xF,TCP报头的大小始终是4的倍数。

(6) 保留：长度为6位，设为0即可。

(7) 标志：长度为6位，分别表示URG（紧急指针），ACK（确认序号正确），PSH（接收方尽快把数据发到应用层）、RST（重建连接）、SYN（同步序号），FIN（完成）6个标志。置1有效，这6位可以同时多个置1.

(8) 剩余缓存空间：长度是2字节表示发送端接收缓冲区的剩余空间，单位是字节。缓冲区最大值为65535字节，该字段为时，对方不能发送数据。其实该缓冲区是面向应用层的，如果应用层没有读取上面的数据，该字段就会越来越小，直到为0.应用层协议读取后，该字段的值变大，这样就可以保证不会丢失数据。

(9) 校验和：长度2字节，为TCP。提供位级别的综合检查。它的计算包括TCP伪报头，TCP报头、TCP有效负载，不发送TCP伪报头。计算方法与IP报的校验和计算方法相同，计算前要先把TCP校验和字段清0.

下面是TCP伪报头。

源IP地址和目标IP地址与IP报头的相同。未定义字段填0，该协议字段填6.（表示TCP协议），TCP长度填TCP报的长度。对于报文校验和的奇数和偶数个数的问题，其解决方法和UDP的一样，即在最后增加填充字节0，这只是为了计算校验和，增加的填充字0与TCP伪报头一样不被发送。

(10) 紧急指针：长度为2字节，它在URG标志置1后才有用，平时为0.它是TCP发送紧急数据的一种方式。它指出了TCP有效数据中紧急数据的长度和位置，紧急数据都放在当前TCP有效数据的开始到指针以内的范围，RFC793的解析式在紧急指针指向最后一个紧急数据的位置，而新的RFC1122的解析是在紧急指针指向最后一个紧急数据位置再加1的地方。

(11) 选项和填充：长度以4字节增加，具体长度不定，一般是0.但是某些包如建立连接的同步包，是必须由选项的。下面介绍最大段大小选项。它描述了本TCP连接（指建立连接后所传输的数据）中每个TCP帧最大传输数据的大小，它的型号是0x02，长度0x04,然后两个字节表示最大段的大小，单位是字节。SACK选择性重传描述了从TCP上传输的数据中哪些需要重新传输。它在使用前有两个默认字段，两个无操作TCP选择字段，0x01,0x01然后是它选项型号和选项长度。一般它包含两种形式，SACK许可和SACK选项。SACK许可的选项型号是0x04,选项长度是0x02.SACK选项的选项型号是0x05，选项长度是10、18、26、34等，然后跟需要重发数据的左边界（序列号，4字节）、右边界.左边界加右边界刚好定义一个数据段，每定义一个数据段使用8字节，加上前面的选项型号、选项长度后，长度可能是10（1个数据段）或者18（2个数据段）、26（3个数据段）、34（4个数据段）的等。