網(wǎng)絡(luò)測(cè)試技術(shù)tcp-ip包格式詳解

1、第講IPV4協(xié)議應(yīng)用一、IP數(shù)據(jù)包格式（1）網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序（big indian）（2）IP數(shù)據(jù)包 每個(gè)ip數(shù)據(jù)包都包含有一個(gè)頭部和一個(gè)正文部分,其中頭部又包含一個(gè)20字節(jié)的定長(zhǎng)部分和一個(gè)可選的變長(zhǎng)部分.數(shù)據(jù)包頭部的傳輸采用big-endian字節(jié)序. 1、頭部20字節(jié)分別記錄有版本(version) (占用4個(gè)bit位）取值為：IPv4: 4, IPv6: 6 。 2、 IHL(頭部長(zhǎng)度,以字為單位,至少為5,最大為15,即可限制頭部長(zhǎng)度為60字節(jié),因此可選項(xiàng)最多為40字節(jié))(4bit位), 3、服務(wù)類(lèi)型(type of service)一共6個(gè)bit位,從左到右依次為一個(gè)3位的preceden

2、ce域,和4個(gè)標(biāo)志D,T,R，C(延遲,吞吐量,可靠性，最小費(fèi)用) 和一位保留位。接 下來(lái)是2個(gè)字節(jié)的總長(zhǎng)度,最大長(zhǎng)度為65535字節(jié).該字段通常不使用。 4、包的總長(zhǎng)度: 16位，最長(zhǎng)為：65535, 實(shí)際上決定于MTU（最大傳輸單元），對(duì)以太網(wǎng)為1500字節(jié)。5、TTL域,存活周期，是一個(gè)限制分組生存期的計(jì)數(shù)器.計(jì)數(shù)時(shí)間為秒,一共占8位,所以最大生存期為255（秒/點(diǎn)）通常為64。當(dāng)他遞減到0時(shí),路由器給源主機(jī)發(fā)送一個(gè)警告分組,原分組被丟棄.這樣可以避免數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)時(shí)間存在網(wǎng)絡(luò)中.TTL=8TTL=7TTL=6 6、標(biāo)志(Identification)的用途 是讓目標(biāo)主機(jī)確定一個(gè)新的數(shù)據(jù)段屬于

3、哪個(gè)數(shù)據(jù)包,同一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的分段有相同的標(biāo)志值.接下來(lái)是一個(gè)空的bit位, 后面是2個(gè)1位域,DF表示不分段, 而MF表示更多的分段,除最后一個(gè)分段外其他所有分段都要設(shè)這一位.因?yàn)榻邮辗娇梢灾酪粋€(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的所由分段都已經(jīng)到達(dá)了. 然后是13位的分段偏移,所以每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)最多有8192個(gè)分段.分片（Fragmentation)及重組MTU(Maximum Transfer Unit)MTU=1500MTU=1500MTU=576IP包，長(zhǎng)度為768 DF = 0X.25或撥號(hào)線路以太網(wǎng)思考：如DF=1，怎么辦？分段數(shù)據(jù)（1400字節(jié)）分組頭MTU=620字節(jié)分組頭分組頭分組頭數(shù)據(jù)（600字節(jié)）數(shù)據(jù)（

4、600字節(jié)）數(shù)據(jù)200字節(jié)段偏移=0段偏移=75段偏移=150分片實(shí)例7、協(xié)議類(lèi)型,可能是tcp,或者udp或者其他. 8、頭部校驗(yàn)和,當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí),頭部所有的16位累加起來(lái),再取結(jié)果的補(bǔ)碼,其結(jié)果應(yīng)該為0. 9、32位的源地址和32位的目標(biāo)地址， 10、選項(xiàng) 選項(xiàng)長(zhǎng)度可變，提供某些場(chǎng)合下需要的控制功能，IP首部的長(zhǎng)度必須是4個(gè)字節(jié)的整數(shù)倍，如果選項(xiàng)長(zhǎng)度不是4的整數(shù)倍，必須填充數(shù)據(jù)0。 選項(xiàng)都是以一個(gè)8位的選項(xiàng)開(kāi)始的，每個(gè)選項(xiàng)由三部分組成:一個(gè)字節(jié)的選項(xiàng)碼、一個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度、多個(gè)字節(jié)所構(gòu)成的選項(xiàng)數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度由前一部分決定。不同的選項(xiàng)碼位的數(shù)字代表不同的意義，其代表意義如下: 第0位代表:拷貝類(lèi)(C

5、opy)。用于控制網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)包分片時(shí)對(duì)本項(xiàng)的處理，“1”將本選項(xiàng)拷貝到所有的分片中;“0”僅將本選項(xiàng)拷貝第一個(gè)分片中。第1、2位代表:選項(xiàng)類(lèi)(Option Class).第37位:目前定義了6種類(lèi)型，其中如定義為00111代表記錄路由，該選項(xiàng)讓數(shù)據(jù)包把從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的各路由填上其IP地址.第講 ARP和RARP應(yīng)用回顧以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送格式如下： 在以太網(wǎng)中，上層運(yùn)行的是IP協(xié)議, 當(dāng)一臺(tái)主機(jī)把以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送到位于同一局域網(wǎng)上的另一臺(tái)主機(jī)時(shí)，是根據(jù)48 bit的以太網(wǎng)地址來(lái)確定目的接口的。即下層傳輸?shù)刂肥褂肕AC地址表示。 我們使用SOCKET程序，只是關(guān)心IP地址。它們二者是怎樣相

6、對(duì)應(yīng)呢? 地址解析為這兩種不同的地址形式提供映射：32 bit的IP地址和數(shù)據(jù)鏈路層使用的任何類(lèi)型的地址。(ARP 和RARP)一：基本概念 ARP理論的基礎(chǔ)是：每個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口有一個(gè)硬件地址（一個(gè)48 bit的值，標(biāo)識(shí)不同的以太網(wǎng)或令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)接口）。在硬件層次上進(jìn)行的數(shù)據(jù)幀交換必須有正確的接口地址。但是，TCP/IP有自己的地址：32 bit的IP地址。知道主機(jī)的IP地址并不能讓內(nèi)核發(fā)送一幀數(shù)據(jù)給主機(jī)。內(nèi)核（如以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序）必須知道目的端的硬件地址才能發(fā)送數(shù)據(jù)。ARP的功能是在32 bitIP地址和采用不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的硬件地址之間提供動(dòng)態(tài)映射。 ARP為IP地址到對(duì)應(yīng)的硬件地址之間提供動(dòng)態(tài)映射。

7、這個(gè)過(guò)程一般應(yīng)用程序會(huì)自動(dòng)完成的，用戶并不知道。 RARP是被那些沒(méi)有磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)使用，它需要系統(tǒng)管理員進(jìn)行手工設(shè)置。 地址轉(zhuǎn)換規(guī)程當(dāng)鏈路層要封裝網(wǎng)絡(luò)層分組時(shí)，它需要知道目的物理地址。首先，每個(gè)主機(jī)都有ARP緩存，用來(lái)存放一些IP地址與MAC地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。主機(jī)根據(jù)分組頭上的目的IP地址查閱自己的ARP緩存，如果沒(méi)查到，就用廣播地址發(fā)送ARP請(qǐng)求。被請(qǐng)求的IP地址所對(duì)應(yīng)的主機(jī)返回一個(gè)ARP響應(yīng)。主機(jī)收到響應(yīng)后，就可發(fā)送數(shù)據(jù)幀，并將該IP地址與MAC地址對(duì)存放在ARP緩存中。Proxy ARP 如果目的IP地址是子網(wǎng)外的，顯然它不可能收到ARP請(qǐng)求，這時(shí)有兩種方案：路由器有ARP代理功能，它

8、代理子網(wǎng)外的主機(jī)響應(yīng)ARP請(qǐng)求。主機(jī)通過(guò)識(shí)別目的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，知道它是子網(wǎng)外的主機(jī)，直接發(fā)給缺省路由器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的分組格式 在以太網(wǎng)上解析IP地址時(shí)，ARP請(qǐng)求和回答分組的格式如圖所示。（ARP可以用于其它類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)，可以解析IP地址以外的地址。緊跟著幀

10、類(lèi)型字段的前四個(gè)字段指定了最后四個(gè)字段的類(lèi)型和長(zhǎng)度。） 以太網(wǎng)報(bào)頭中的前兩個(gè)字段是以太網(wǎng)的源地址和目的地址。目的地址為全1的特殊地址是廣播地址。電纜上的所有以太網(wǎng)接口都要接收廣播的數(shù)據(jù)幀。 2個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的以太網(wǎng)幀類(lèi)型表示后面數(shù)據(jù)的類(lèi)型。對(duì)于ARP請(qǐng)求或回答來(lái)說(shuō)，該字段的值為0 x0806。 形容詞hardware(硬件)和protocol(協(xié)議)用來(lái)描述ARP分組中的各個(gè)字段。例如，一個(gè)ARP請(qǐng)求分組詢問(wèn)協(xié)議地址（這里是IP地址）對(duì)應(yīng)的硬件地址（這里是以太網(wǎng)地址）。 硬件類(lèi)型字段表示硬件地址的類(lèi)型。它的值為1即表示以太網(wǎng)地址。協(xié)議類(lèi)型字段表示要映射的協(xié)議地址類(lèi)型。它的值為0 x0800即表示IP

11、地址。它的值與包含IP數(shù)據(jù)報(bào)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中的類(lèi)型字段的值相同，這是有意設(shè)計(jì)的。 接下來(lái)的兩個(gè)1字節(jié)的字段，硬件地址長(zhǎng)度和協(xié)議地址長(zhǎng)度分別指出硬件地址和協(xié)議地址的長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位。對(duì)于以太網(wǎng)上IP地址的ARP請(qǐng)求或回答來(lái)說(shuō)，它們的值分別為6和4。 操作字段指出四種操作類(lèi)型，它們是ARP請(qǐng)求（值為1），ARP回答（值為2），RARP請(qǐng)求（值為3），RARP回答（值為4）。這個(gè)字段必需的，因?yàn)锳RP請(qǐng)求和ARP回答的幀類(lèi)型字段值是相同的。 接下來(lái)的四個(gè)字段是發(fā)送端的硬件地址（在本例中是以太網(wǎng)地址），發(fā)送端的協(xié)議地址（IP地址），目的端的硬件地址，目的端的協(xié)議地址。注意，這里有一些重復(fù)信息：在以太

12、網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀報(bào)頭中和ARP請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀中都有發(fā)送端的硬件地址。 對(duì)于一個(gè)ARP請(qǐng)求來(lái)說(shuō)，除目的端硬件地址外的所有其他的字段都有填充值。當(dāng)系統(tǒng)收到一份目的端為本機(jī)的ARP請(qǐng)求報(bào)文后，它就把硬件地址填進(jìn)去，然后用兩個(gè)目的端地址分別替換兩個(gè)發(fā)送端地址，并把操作字段置為2，最后把它發(fā)送回去。物理幀頭 DLC Header字段長(zhǎng)度(Byte)默認(rèn)值備注接收方MAC6廣播時(shí),為 ff-ff-ff-ff-ff-ff發(fā)送方MAC6Ethertype20 x08060 x0806是ARP幀的類(lèi)型值A(chǔ)RP幀的格式 字段長(zhǎng)度(Byte)默認(rèn)值備注硬件類(lèi)型20 x1以太網(wǎng)類(lèi)型值上層協(xié)議類(lèi)型20 x0800上層協(xié)議為IP協(xié)

13、議MAC地址長(zhǎng)度10 x6以太網(wǎng)MAC地址長(zhǎng)度為 6IP地址長(zhǎng)度10 x4IP地址長(zhǎng)度為 4操作碼20 x1表示ARP請(qǐng)求包,0 x2表示應(yīng)答包發(fā)送方MAC6發(fā)送方IP4接收方MAC6接收方IP4填充數(shù)據(jù)18因?yàn)槲锢韼钚￠L(zhǎng)度為64字節(jié),前面的42字節(jié)再加上4個(gè)CRC校驗(yàn)字節(jié),還差18個(gè)字節(jié)ARP包的填充 電腦MAC地址為 aa-aa-aa-aa-aa-aa，IP為 192.168.0.1我們想要查詢 192.168.0.99的MAC地址，應(yīng)該怎么來(lái)做呢？請(qǐng)求包DLC Header字段長(zhǎng)度(Byte)填充值接收方MAC6ffffffffffff發(fā)送方MAC6aaaaaaaaaaaaEthert

14、ype20 x0806 ARP Frame字段長(zhǎng)度(Byte)填充值硬件類(lèi)型21上層協(xié)議類(lèi)型20800MAC地址長(zhǎng)度16IP地址長(zhǎng)度14操作碼21發(fā)送方MAC6aaaaaaaaaaaa發(fā)送方IP4192.168.0.1接收方MAC6任意值 xxxxxxxxxxxx接收方IP4192.168.0.99填充數(shù)據(jù)180響應(yīng)包 DLC Header字段長(zhǎng)度(Byte)填充值接收方MAC6bbbbbbbbbbbb發(fā)送方MAC6aaaaaaaaaaaaEthertype20 x0806ARP Frame字段長(zhǎng)度(Byte)填充值硬件類(lèi)型21上層協(xié)議類(lèi)型20800MAC地址長(zhǎng)度16IP地址長(zhǎng)度14操作碼22發(fā)送方MAC6aaaaaaaaaaaa發(fā)送方IP4192.168.0.1接收方MAC6bbbbbbbbbbbb接收方IP4192.168.0.99填充數(shù)據(jù)180四：ARP高速緩存 ARP高效運(yùn)行的關(guān)鍵是由于每個(gè)主機(jī)上都有一個(gè)ARP高速緩存。這個(gè)高速緩存存放了最近Internet地址到硬件地址之間的映射記錄。高速緩存中每一項(xiàng)的生存時(shí)間一般為20分鐘，起始時(shí)間