TCP/IP协议格式解析

1. IPV4格式

翻译版本

• 各段主要内容如下

第一行：
（1）版本：（4 bit），标志IP协议的版本号，存在ipv4、ipv6两个版本，用4位2进制数字表示，0100代表ipv4，0110代表ipv6。
（2）头部长度：（4 bit）ipv4报头单位是32bit，在这里，4位二进制表示为0101，即换算为 （5*32bit）/8 = 20 字节，故一般情况下，IP报文头部大小为20 字节；但因为是4位二进制，所以报文最大为 60 字节。
（3）优先级和服务类型：（8 bit），用来指定特定的数据包处理方式。
（4）总长度：（16 bit），用以方便接收者用ip数据包总长度减去ip报文长度，确定携带数据的大小。

第二行：
（5）标识：（16 bit），若同一报文被分片，那么不同的片这个标识位相同用来表示本属同片。
（6）标志位：（3 bit），R、DF、MF三位，R没用，DF位：为1表示不分片，为0表示分片。MF：为1表示后边有更多的片，为0表示后面没有多余的分片。
（7）片偏移：（13 bit），本数据（分片后其中的一片）距离完整数据包头部的偏移值。（单位：字节）

第三行：
（8）生存时间：（8 bit），一般情况下，0-255，指IP报文所允许通过的路由器的最大数量，每进行一次查询路由表转发数据操作，TTL值减1，当为0时，此条数据将被路由器丢弃。
（9）协议：（8 bit），范围0-255，用来描述上层使用封装什么协议
（10）头部校验和：（16 bit），计算IP头部的校验和，发送端和接收端分别计算一次用来确认发送的和接收的为同一数据，但TTL不参与校验。
第四行：
（11）源IP地址：（32 bit），发送者数据包源的IP地址。

第五行：
（12）目的IP地址：（32 bit），发送者数据包目的地的IP地址。

 

2、TCP报文格式

1、端口号：用来标识同一台计算机的不同的应用进程。

1）源端口：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：端口指明接收方计算机上的应用程序接口。

2、序号（Sequence number）和确认号(Acknowledge number)：是TCP可靠传输的关键部分。序号是本报文段发送的数据组的第一个字节的序号。在TCP传送的流中，每一个字节一个序号。e.g.一个报文段的序号为300，此报文段数据部分共有100字节，则下一个报文段的序号为400。所以序号确保了TCP传输的有序性。确认号，即ACK，指明下一个期待收到的字节序号，表明该序号之前的所有数据已经正确无误的收到。确认号只有当ACK标志为1时才有效。

3、数据偏移／首部长度(Header Length)：4bits。由于首部可能含有可选项内容，因此TCP报头的长度是不确定的，报头不包含任何任选字段则长度为20字节，4位首部长度字段所能表示的最大值为1111，转化为10进制为15，15*32/8 = 60，故报头最大长度为60字节。首部长度也叫数据偏移，是因为首部长度实际上指示了数据区在报文段中的起始偏移值。

4、保留(Reserve)：为将来定义新的用途保留，现在一般置0。

5、控制位：URG  ACK  PSH  RST  SYN  FIN，共6个，每一个标志位表示一个控制功能。

1）URG：紧急指针标志，为1时表示紧急指针有效，为0则忽略紧急指针。

2）ACK：确认序号标志，为1时表示确认号有效，为0表示报文中不含确认信息，忽略确认号字段。

3）PSH：push标志，为1表示是带有push标志的数据，指示接收方在接收到该报文段以后，应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是在缓冲区排队。

4）RST：重置连接标志，用于重置由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求。

5）SYN：同步序号，用于建立连接过程，在连接请求中，SYN=1和ACK=0表示该数据段没有使用捎带的确认域，而连接应答捎带一个确认，即SYN=1和ACK=1。

6）FIN：finish标志，用于释放连接，为1时表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流。

6、窗口(window size value)：滑动窗口大小，接收端用来告知发送端自己缓存大小，以此控制发送端发送数据的速率，从而达到流量控制。窗口大小时一个16bit字段，因而窗口大小最大为65535。

7、校验和（checksum）：奇偶校验，此校验和是对整个的 TCP 报文段，包括 TCP 头部和 TCP 数据，以 16 位字进行计算所得。由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。

8、紧急指针(urgent pointer)：只有当 URG 标志置 1 时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，和顺序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。 TCP 的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

9、选项和填充：最常见的可选字段是最长报文大小，又称为MSS（Maximum Segment Size），每个连接方通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置SYN标志为1的那个段）中指明这个选项，它表示本端所能接受的最大报文段的长度。选项长度不一定是32位的整数倍，所以要加填充位，即在这个字段中加入额外的零，以保证TCP头是32的整数倍。

10、数据部分： TCP 报文段中的数据部分是可选的。在一个连接建立和一个连接终止时，双方交换的报文段仅有 TCP 首部。如果一方没有数据要发送，也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况中，也会发送不带任何数据的报文段。