网络测试技术tcp-ip包格式详解

1、第讲IPV4协议应用一、IP数据包格式（1）网络字节序（big indian）（2）IP数据包 每个ip数据包都包含有一个头部和一个正文部分,其中头部又包含一个20字节的定长部分和一个可选的变长部分.数据包头部的传输采用big-endian字节序. 1、头部20字节分别记录有版本(version) (占用4个bit位）取值为：IPv4: 4, IPv6: 6 。 2、 IHL(头部长度,以字为单位,至少为5,最大为15,即可限制头部长度为60字节,因此可选项最多为40字节)(4bit位), 3、服务类型(type of service)一共6个bit位,从左到右依次为一个3位的preceden

2、ce域,和4个标志D,T,R，C(延迟,吞吐量,可靠性，最小费用) 和一位保留位。接 下来是2个字节的总长度,最大长度为65535字节.该字段通常不使用。 4、包的总长度: 16位，最长为：65535, 实际上决定于MTU（最大传输单元），对以太网为1500字节。5、TTL域,存活周期，是一个限制分组生存期的计数器.计数时间为秒,一共占8位,所以最大生存期为255（秒/点）通常为64。当他递减到0时,路由器给源主机发送一个警告分组,原分组被丢弃.这样可以避免数据报长时间存在网络中.TTL=8TTL=7TTL=6 6、标志(Identification)的用途 是让目标主机确定一个新的数据段属于

3、哪个数据包,同一个数据报的分段有相同的标志值.接下来是一个空的bit位, 后面是2个1位域,DF表示不分段, 而MF表示更多的分段,除最后一个分段外其他所有分段都要设这一位.因为接收方可以知道一个数据报的所由分段都已经到达了. 然后是13位的分段偏移,所以每个数据报最多有8192个分段.分片（Fragmentation)及重组MTU(Maximum Transfer Unit)MTU=1500MTU=1500MTU=576IP包，长度为768 DF = 0X.25或拨号线路以太网思考：如DF=1，怎么办？分段数据（1400字节）分组头MTU=620字节分组头分组头分组头数据（600字节）数据（

4、600字节）数据200字节段偏移=0段偏移=75段偏移=150分片实例7、协议类型,可能是tcp,或者udp或者其他. 8、头部校验和,当数据到达时,头部所有的16位累加起来,再取结果的补码,其结果应该为0. 9、32位的源地址和32位的目标地址， 10、选项 选项长度可变，提供某些场合下需要的控制功能，IP首部的长度必须是4个字节的整数倍，如果选项长度不是4的整数倍，必须填充数据0。 选项都是以一个8位的选项开始的，每个选项由三部分组成:一个字节的选项码、一个字节的长度、多个字节所构成的选项数据，长度由前一部分决定。不同的选项码位的数字代表不同的意义，其代表意义如下: 第0位代表:拷贝类(C

5、opy)。用于控制网关对数据包分片时对本项的处理，“1”将本选项拷贝到所有的分片中;“0”仅将本选项拷贝第一个分片中。第1、2位代表:选项类(Option Class).第37位:目前定义了6种类型，其中如定义为00111代表记录路由，该选项让数据包把从源节点到目的节点所经过的各路由填上其IP地址.第讲 ARP和RARP应用回顾以太网数据包发送格式如下： 在以太网中，上层运行的是IP协议, 当一台主机把以太网数据帧发送到位于同一局域网上的另一台主机时，是根据48 bit的以太网地址来确定目的接口的。即下层传输地址使用MAC地址表示。 我们使用SOCKET程序，只是关心IP地址。它们二者是怎样相

6、对应呢? 地址解析为这两种不同的地址形式提供映射：32 bit的IP地址和数据链路层使用的任何类型的地址。(ARP 和RARP)一：基本概念 ARP理论的基础是：每个网络接口有一个硬件地址（一个48 bit的值，标识不同的以太网或令牌环网络接口）。在硬件层次上进行的数据帧交换必须有正确的接口地址。但是，TCP/IP有自己的地址：32 bit的IP地址。知道主机的IP地址并不能让内核发送一帧数据给主机。内核（如以太网驱动程序）必须知道目的端的硬件地址才能发送数据。ARP的功能是在32 bitIP地址和采用不同网络技术的硬件地址之间提供动态映射。 ARP为IP地址到对应的硬件地址之间提供动态映射。

7、这个过程一般应用程序会自动完成的，用户并不知道。 RARP是被那些没有磁盘驱动器的系统使用，它需要系统管理员进行手工设置。 地址转换规程当链路层要封装网络层分组时，它需要知道目的物理地址。首先，每个主机都有ARP缓存，用来存放一些IP地址与MAC地址的对应关系。主机根据分组头上的目的IP地址查阅自己的ARP缓存，如果没查到，就用广播地址发送ARP请求。被请求的IP地址所对应的主机返回一个ARP响应。主机收到响应后，就可发送数据帧，并将该IP地址与MAC地址对存放在ARP缓存中。Proxy ARP 如果目的IP地址是子网外的，显然它不可能收到ARP请求，这时有两种方案：路由器有ARP代理功能，它

8、代理子网外的主机响应ARP请求。主机通过识别目的IP地址的网络号，知道它是子网外的主机，直接发给缺省路由器ROUTERStn.AStn.BStn.DStn.CMAC R1NET N1MAC R2NET N2Station B wants to send a frame to Station DOne Way Using Router with Proxy ARPStation B Arps for Station DRouter Proxy ARP responds with MAC address of R1Station B transmits frame with SourceMAC=M

9、B, SourceNetwork=N1B, DestinationMAC=R1, DestinationNetwork=N2DRouter forwards frame with SourceMAC=R2, SourceNetwork=N1B, DestinationMAC=MD, DestinationNetwork=N2DSecond Way Station knows R1 is the designated Router for N2三： ARP的分组格式 在以太网上解析IP地址时，ARP请求和回答分组的格式如图所示。（ARP可以用于其它类型的网络，可以解析IP地址以外的地址。紧跟着帧

10、类型字段的前四个字段指定了最后四个字段的类型和长度。） 以太网报头中的前两个字段是以太网的源地址和目的地址。目的地址为全1的特殊地址是广播地址。电缆上的所有以太网接口都要接收广播的数据帧。 2个字节长的以太网帧类型表示后面数据的类型。对于ARP请求或回答来说，该字段的值为0 x0806。 形容词hardware(硬件)和protocol(协议)用来描述ARP分组中的各个字段。例如，一个ARP请求分组询问协议地址（这里是IP地址）对应的硬件地址（这里是以太网地址）。 硬件类型字段表示硬件地址的类型。它的值为1即表示以太网地址。协议类型字段表示要映射的协议地址类型。它的值为0 x0800即表示IP

11、地址。它的值与包含IP数据报的以太网数据帧中的类型字段的值相同，这是有意设计的。 接下来的两个1字节的字段，硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度，以字节为单位。对于以太网上IP地址的ARP请求或回答来说，它们的值分别为6和4。 操作字段指出四种操作类型，它们是ARP请求（值为1），ARP回答（值为2），RARP请求（值为3），RARP回答（值为4）。这个字段必需的，因为ARP请求和ARP回答的帧类型字段值是相同的。 接下来的四个字段是发送端的硬件地址（在本例中是以太网地址），发送端的协议地址（IP地址），目的端的硬件地址，目的端的协议地址。注意，这里有一些重复信息：在以太

12、网的数据帧报头中和ARP请求数据帧中都有发送端的硬件地址。 对于一个ARP请求来说，除目的端硬件地址外的所有其他的字段都有填充值。当系统收到一份目的端为本机的ARP请求报文后，它就把硬件地址填进去，然后用两个目的端地址分别替换两个发送端地址，并把操作字段置为2，最后把它发送回去。物理帧头 DLC Header字段长度(Byte)默认值备注接收方MAC6广播时,为 ff-ff-ff-ff-ff-ff发送方MAC6Ethertype20 x08060 x0806是ARP帧的类型值ARP帧的格式 字段长度(Byte)默认值备注硬件类型20 x1以太网类型值上层协议类型20 x0800上层协议为IP协

13、议MAC地址长度10 x6以太网MAC地址长度为 6IP地址长度10 x4IP地址长度为 4操作码20 x1表示ARP请求包,0 x2表示应答包发送方MAC6发送方IP4接收方MAC6接收方IP4填充数据18因为物理帧最小长度为64字节,前面的42字节再加上4个CRC校验字节,还差18个字节ARP包的填充 电脑MAC地址为 aa-aa-aa-aa-aa-aa，IP为 192.168.0.1我们想要查询 192.168.0.99的MAC地址，应该怎么来做呢？请求包DLC Header字段长度(Byte)填充值接收方MAC6ffffffffffff发送方MAC6aaaaaaaaaaaaEthert

14、ype20 x0806 ARP Frame字段长度(Byte)填充值硬件类型21上层协议类型20800MAC地址长度16IP地址长度14操作码21发送方MAC6aaaaaaaaaaaa发送方IP4192.168.0.1接收方MAC6任意值 xxxxxxxxxxxx接收方IP4192.168.0.99填充数据180响应包 DLC Header字段长度(Byte)填充值接收方MAC6bbbbbbbbbbbb发送方MAC6aaaaaaaaaaaaEthertype20 x0806ARP Frame字段长度(Byte)填充值硬件类型21上层协议类型20800MAC地址长度16IP地址长度14操作码22发送方MAC6aaaaaaaaaaaa发送方IP4192.168.0.1接收方MAC6bbbbbbbbbbbb接收方IP4192.168.0.99填充数据180四：ARP高速缓存 ARP高效运行的关键是由于每个主机上都有一个ARP高速缓存。这个高速缓存存放了最近Internet地址到硬件地址之间的映射记录。高速缓存中每一项的生存时间一般为20分钟，起始时间