Linux网络编程--7. TCP/IP协议

　　你也许听说过TCP/IP协议,那么你知道到底什么是TCP,什么是IP吗?在这一章里面,我们一起来学习这个目前网络上用最广泛的协议.
　　
　　7.1 网络传输分层
　　如果你考过计算机等级考试,那么你就应该已经知道了网络传输分层这个概念.在网络上,人们为了传输数据时的方便,把网络的传输分为7个层次.分别是:应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层和物理层.分好了层以后,传输数据时,上一层如果要数据的话,就可以直接向下一层要了,而不必要管数据传输的细节.下一层也只向它的上一层提供数据,而不要去管其它东西了.如果你不想考试,你没有必要去记这些东西的.只要知道是分层的,而且各层的作用不同.
　　
　　7.2 IP协议
　　IP协议是在网络层的协议.它主要完成数据包的发送作用. 下面这个表是IP4的数据包格式
　　
　　0 4 8 16 32
　　--------------------------------------------------
　　|版本 |首部长度|服务类型| 数据包总长 |
　　--------------------------------------------------
　　| 标识 |DF |MF| 碎片偏移 |
　　--------------------------------------------------
　　| 生存时间 | 协议 | 首部较验和 |
　　------------------------------------------------
　　| 源IP地址 |
　　------------------------------------------------
　　| 目的IP地址 |
　　-------------------------------------------------
　　| 选项 |
　　=================================================
　　| 数据 |
　　-------------------------------------------------
　　
　　下面我们看一看IP的结构定义
　　
　　struct ip
　　{
　　#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
　　unsigned int ip_hl:4; /* header length */
　　unsigned int ip_v:4; /* version */
　　#endif
　　#if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
　　unsigned int ip_v:4; /* version */
　　unsigned int ip_hl:4; /* header length */
　　#endif
　　u_int8_t ip_tos; /* type of service */
　　u_short ip_len; /* total length */
　　u_short ip_id; /* identification */
　　u_short ip_off; /* fragment offset field */
　　#define IP_RF 0x8000 /* reserved fragment flag */
　　#define IP_DF 0x4000 /* dont fragment flag */
　　#define IP_MF 0x2000 /* more fragments flag */
　　#define IP_OFFMASK 0x1fff /* mask for fragmenting bits */
　　u_int8_t ip_ttl; /* time to live */
　　u_int8_t ip_p; /* protocol */
　　u_short ip_sum; /* checksum */
　　struct in_addr ip_src, ip_dst; /* source and dest address */
　　};
　　
　　ip_vIP协议的版本号,这里是4,现在IPV6已经出来了
　　
　　ip_hlIP包首部长度,这个值以4字节为单位.IP协议首部的固定长度为20个字节,如果IP包没有选项,那么这个值为5.
　　
　　ip_tos服务类型,说明提供的优先权.
　　
　　ip_len说明IP数据的长度.以字节为单位.
　　
　　ip_id标识这个IP数据包.
　　
　　ip_off碎片偏移,这和上面ID一起用来重组碎片的.
　　
　　ip_ttl生存时间.没经过一个路由的时候减一,直到为0时被抛弃.
　　
　　ip_p协议,表示创建这个IP数据包的高层协议.如TCP,UDP协议.
　　
　　ip_sum首部校验和,提供对首部数据的校验.
　　
　　ip_src,ip_dst发送者和接收者的IP地址
　　
　　关于IP协议的详细情况,请参考 RFC791
　　
　　7.3 ICMP协议
　　ICMP是消息控制协议,也处于网络层.在网络上传递IP数据包时,如果发生了错误,那么就会用ICMP协议来报告错误.
　　
　　ICMP包的结构如下:
　　
　　0 8 16 32
　　---------------------------------------------------------------------
　　| 类型 | 代码 | 校验和 |
　　--------------------------------------------------------------------
　　| 数据 | 数据 |
　　--------------------------------------------------------------------
　　
　　ICMP在中的定义是
　　struct icmphdr
　　{
　　u_int8_t type; /* message type */
　　u_int8_t code; /* type sub-code */
　　u_int16_t checksum;
　　union
　　{
　　struct
　　{
　　u_int16_t id;
　　u_int16_t sequence;
　　} echo; /* echo datagram */
　　u_int32_t gateway; /* gateway address */
　　struct
　　{
　　u_int16_t __unused;
　　u_int16_t mtu;
　　} frag; /* path mtu discovery */
　　} un;
　　};
　　
　　关于ICMP协议的详细情况可以查看 RFC792
　　
　　7.4 UDP协议
　　UDP协议是建立在IP协议基础之上的,用在传输层的协议.UDP和IP协议一样是不可靠的数据报服务.UDP的头格式为:
　　
　　0 16 32
　　---------------------------------------------------
　　| UDP源端口 | UDP目的端口 |
　　---------------------------------------------------
　　| UDP数据报长度 | UDP数据报校验 |
　　---------------------------------------------------
　　
　　UDP结构在中的定义为:
　　struct udphdr {
　　u_int16_t source;
　　u_int16_t dest;
　　u_int16_t len;
　　u_int16_t check;
　　};
　　
　　关于UDP协议的详细情况,请参考 RFC768
　　7.5 TCP
　　TCP协议也是建立在IP协议之上的,不过TCP协议是可靠的.按照顺序发送的.TCP的数据结构比前面的结构都要复杂.
　　
　　0 4 8 10 16 24 32
　　-------------------------------------------------------------------
　　| 源端口 | 目的端口 |
　　-------------------------------------------------------------------
　　| 序列号 |
　　------------------------------------------------------------------
　　| 确认号 |
　　------------------------------------------------------------------
　　| | |U|A|P|S|F| |
　　|首部长度| 保留 |R|C|S|Y|I| 窗口 |
　　| | |G|K|H|N|N| |
　　-----------------------------------------------------------------
　　| 校验和 | 紧急指针 |
　　-----------------------------------------------------------------
　　| 选项 | 填充字节 |
　　-----------------------------------------------------------------
　　
　　TCP的结构在中定义为:
　　struct tcphdr
　　{
　　u_int16_t source;
　　u_int16_t dest;
　　u_int32_t seq;
　　u_int32_t ack_seq;
　　#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
　　u_int16_t res1:4;
　　u_int16_t doff:4;
　　u_int16_t fin:1;
　　u_int16_t syn:1;
　　u_int16_t rst:1;
　　u_int16_t psh:1;
　　u_int16_t ack:1;
　　u_int16_t urg:1;
　　u_int16_t res2:2;
　　#elif __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
　　u_int16_t doff:4;
　　u_int16_t res1:4;
　　u_int16_t res2:2;
　　u_int16_t urg:1;
　　u_int16_t ack:1;
　　u_int16_t psh:1;
　　u_int16_t rst:1;
　　u_int16_t syn:1;
　　u_int16_t fin:1;
　　#endif
　　u_int16_t window;
　　u_int16_t check;
　　u_int16_t urg_prt;
　　};
　　
　　source发送TCP数据的源端口
　　dest接受TCP数据的目的端口
　　
　　seq标识该TCP所包含的数据字节的开始序列号
　　
　　ack_seq确认序列号,表示接受方下一次接受的数据序列号.
　　
　　doff数据首部长度.和IP协议一样,以4字节为单位.一般的时候为5
　　
　　urg如果设置紧急数据指针,则该位为1
　　
　　ack如果确认号正确,那么为1
　　
　　psh如果设置为1,那么接收方收到数据后,立即交给上一层程序
　　
　　rst为1的时候,表示请求重新连接
　　
　　syn为1的时候,表示请求建立连接
　　
　　fin为1的时候,表示亲戚关闭连接
　　
　　window窗口,告诉接收者可以接收的大小
　　
　　check对TCP数据进行较核
　　
　　urg_ptr如果urg=1,那么指出紧急数据对于历史数据开始的序列号的偏移值
　　
　　关于TCP协议的详细情况,请查看 RFC793
　　
　　7.6 TCP连接的建立
　　TCP协议是一种可靠的连接,为了保证连接的可靠性,TCP的连接要分为几个步骤.我们把这个连接过程称为"三次握手".
　　
　　下面我们从一个实例来分析建立连接的过程.
　　
　　第一步客户机向服务器发送一个TCP数据包,表示请求建立连接. 为此,客户端将数据包的SYN位设置为1,并且设置序列号seq=1000(我们假设为1000).
　　
　　第二步服务器收到了数据包,并从SYN位为1知道这是一个建立请求的连接.于是服务器也向客户端发送一个TCP数据包.因为是响应客户机的请求,于是服务器设置ACK为1,sak_seq=1001(1000+1)同时设置自己的序列号.seq=2000(我们假设为2000).
　　
　　第三步客户机收到了服务器的TCP,并从ACK为1和ack_seq=1001知道是从服务器来的确认信息.于是客户机也向服务器发送确认信息.客户机设置ACK=1,和ack_seq