2022年全国计算机技术与软件技术(水平)考试—网络工程师IP-TCP-UDP-ICMP报头详解.docx

以太网数据包TCP、IP、ICMP、UDP、ARP协议头结构详解以太网首部
目地MAC地址（8字节）
源MAC地址（8字节）
类型（2字节）
1、IP头的结构
版本（4位）
头长度（4
位）
服务类型（8
位）
封包总长度（16
位）
封包标识（16位）
标志（3位）
片断偏移地址（13 位）.
存活时间（8
位）
协议（8位）
校验和（16位）
来源IP地址（32位）
目的IP地址（32位）
选项（可选）
填充（可选）
数据

（1）字节和数字的存储顺序是从右到左，依次是从低位到高位，而网络存储顺序是从左到右，依次从低位到高位。
（2）版本：占第一个字节的高四位。头长度：占第一个字节的低四
位。
（3）服务类型：前3位为优先字段权，现在已经被忽略。接着4位
用来表示最小延迟、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。
（4）封包总长度：整个IP报的长度，单位为字节。
（5）存活时间：就是封包的生存时间。通常用通过的路由器的个数
来衡量，比方初始值设置为32,那么每通过一个路由器处理就会
被减一，当这个值为0的时候就会丢掉这个包，并用ICMP消息
通知源主机。
（6）协议：定义了数据的协议,
分别为：TCP、UDP、ICMP 和 IGMP。

定义为:
#define
PROTOCOL TCP
0x06

#define PROTOCOL UDP 0x11
#define PROTOCOL ICMP 0x06
#define PROTOCOL_IGMP 0x06 （7）检验和：校验的首先将该字段设置为0,然后将IP头的每16
位进行二进制取反求和，将结果保存在校验和字段。
（8）来源IP地址：将IP地址看作是32位数值那么需要将网络字节顺序转化位主机字节顺序。转化的方法是:将每4个字节首尾互换, 将2、3字节互换。
（9）目的IP地址：转换方法和来源IP地址一样。
在网络协议中，IP是面向非连接的，所谓的非连接就是传递数据的时候，不检测网络是否连通。所以是不可靠的数据报协议，IP 协议主要负责在主机之间寻址和选择数据包路由o
2、ICMP协议的头结构类型或者代码
类型（8位）
代码（8位）
校验和（8位）
（1）类型：一个8位类型字段，表示ICMP数据包类型。（2）代 码：一个8位代码域，表示指定类型中的一个功能。如果一个类 型中只有一种功能，代码域置为0。（3）检验和：数据包中ICMP 局部上的一个16位检验和。
3、TCP协议的头结构
来源端口（2字节）
目的端口（2字节）
序号（4字节）
确认序号（4字节）
头长度（4位）
保存（6位）
URG
ACK
PSH
RST
SYN
PIN
窗口大小(2字节)
校验和(16位)
紧急指针(16位)
选项(可选)
数据

(1) TCP源端口(Source Port) ： 16位的源端口包含初始化通信的端口号。源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址。(2)
TCP目的端口(Destination Port) ： 16位的目的端口域定义传输的目的。这个端口指明报文接收计算机上的应用程序地址 接口。
(3)序列号(Sequence Number) ： TCP连线发送方向接收方的封包 顺序号。
(4)确认序号(Acknowledge Number)：接收方回发的应答顺序号。
(5)头长度(Header Length)：表示TCP头的双四字节数，如果转 化为字节个数需要乘以4。
(6) URG：是否使用紧急指针，0为不使用，1为使用。
(7) ACK：请求/应答状态。0为请求，1为应答。
(8) PSH：以最快的速度传输数据。
(9) RST：连线复位，首先断开连接，然后重建。
(10) SYN：同步连线序号，用来建立连线。
(11) FIN：结束连线。如果FIN为0是结束连线请求，FIN为1表示结束连线。
(12)窗口大小(Window)：目的机使用16位的域告诉源主机，它想收到的每个TCP数据段大小。
(13)校验和(Check Sum)：这个校验和和IP的校验和有所不同,不仅对头数据进行校验还对封包内容校验o
(14)紧急指针(Urgent Pointer)：当URG为1的时候才有效。TCP的紧急方式是发送紧急数据的一种方式。
4、UDP协议的头结构源端口(2字节)

源端口(2字节)
目的端口(2字节)
封报长度(2字节)

封报长度(2字节)
校验和(2字节)
数据
(1)源端口(Source Port) ： 16位的源端口域包含初始化通信的端口号。源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址。(2) 目的端口 (Destination Port) ： 6位的目的端口域定义传输的
目的o这个端口指明报文接收计算机上的应用程序地址接口。( 3 )封包长度(Length) ： UDP头和数据的总长度。(4)校验和(Check
Sum）：和TCP和校验和一样，不仅对头数据进行校验，还对包 的内容进行校验。
5、ARP报头结构
硬件类型
协议类型
硬件地址长 度
协议长度
操作类型
发送方的硬件地址（0-3字节）
源物理地址（4-5字节）
源IP地址（0-1字节）
源IP地址（2-3字节）
目标硬件地址（0T字节）
目标硬件地址（2-5字节）
目标IP地址（0-3字节）
（1）硬件类型字段指明了发送方想知道的硬件接口类型，以太网的 值为1； （2）协议类型字段指明了发送方提供的高层协议类型, IP为0800 （16进制）；（3）硬件地址长度和协议长度指明了 硬件地址和高层协议地址的长度,这样ARP报文就可以在任意硬 件和任意协议的网络中使用；（4）操作字段用来表示这个报文 的类型，ARP请求为L ARP响应为2, RARP请求为3, RARP响 应为4； （5）发送方的硬件地址（0-3字节）：源主机硬件地址 的前3个字节；（6）发送方的硬件地址（4-5字节）：源主机 硬件地址的后3个字节；（7）发送方IP （0-1字节）：源主机 硬件地址的前2个字节；（8）发送方IP （2-3字节）：源主机 硬件地址的后2个字节；（9）目的硬件地址（0-1字节）：目 的主机硬件地址的前2个字节；（10）目的硬件地址（2-5字节）： 目的主机硬件地址的后4个字节；（11）目的IP （0-3字节）： 目的主机的IP地址。
ARP的工作原理如下：
1. 首先，每台主机都会在自己的ARP缓冲区（ARP Cache）中建 立一个ARP列表，以表示IP地址和MAC地址的对应关系。
2. 当源主机需要将一个数据包要发送到目的主机时，会首先检
查自己ARP列表中是否存在该IP地址对应的MAC地址，如果有
,就直接将数据包发送到这个MAC地址；如果没有，就向本地网 段发起一个ARP请求的广播包，查询此目的主机对应的MAC地址。 此ARP请求数据包里包括源主机的IP地址、硬件地址、以及目 的主机的IP地址。
3. 网络中所有的主机收到这个ARP请求后，会检查数据包中的
目的IP是否和自己的IP地址一致。如果不相同就忽略此数据包; 如果相同，该主机首先将发送端的MAC地址和IP地址添加到自 己的ARP列表中，如果ARP表中已经存在该IP的信息，那么将其 覆盖，然后给源主机发送一个ARP响应数据包，告诉对方自己 是它需要查找的MAC地址；源主机收到这个ARP响应数据包后，将得到的目的主机的
IP地址和MAC地址添加到自己的ARP列表中，并利用此信息开
始数据的传输。如果源主机一直没有收到ARP响应数据包，表示
ARP查询失败