网络传输数据封装详解（IP,UDP,TCP）

2021-07-30 15:51:15

IP数据包也叫IP报文分组，传输在ISO网络7层结构中的网络层，它由IP报文头和IP报文用户数据组成，IP报文头的长度一般在20到60个字节之间，而一个IP分组的最大长度则不能超过65535个字节。
下图为IP分组的报文头格式，报文头的前20个字节是固定的，后面的可变。

版本：占4位（bit），指IP协议的版本号。目前的主要版本为IPV4，即第4版本号，也有一些教育网和科研机构在使用IPV6。在进行通信时，通信双方的IP协议版本号必须一致，否则无法直接通信。
首部长度：占4位（bit），指IP报文头的长度。最大的长度（即4个bit都为1时）为15个长度单位，每个长度单位为4字节（TCP/IP标准，DoubleWord），所以IP协议报文头的最大长度为60个字节，最短为上图所示的20个字节。
服务类型：占8位（bit），用来获得更好的服务。其中的前3位表示报文的优先级，后面的几位分别表示要求更低时延、更高的吞吐量、更高的可靠性、更低的路由代价等。对应位为1即有相应要求，为0则不要求。
总长度：16位（bit），指报文的总长度。注意这里的单位为字节，而不是4字节，所以一个IP报文的的最大长度为65535个字节。
标识（identification）：该字段标记当前分片为第几个分片，在数据报重组时很有用。
标志（flag）：该字段用于标记该报文是否为分片（有一些可能不需要分片，或不希望分片），后面是否还有分片（是否是最后一个分片）。
片偏移：指当前分片在原数据报（分片前的数据报）中相对于用户数据字段的偏移量，即在原数据报中的相对位置。
生存时间：TTL（Time to Live）。该字段表明当前报文还能生存多久。每经过1ms或者一个网关，TTL的值自动减1，当生存时间为0时，报文将被认为目的主机不可到达而丢弃。使用过Ping命令的用户应该有印象，在windows中输入ping命令，在返回的结果中即有TTL的数值。
协议：该字段指出在上层（网络7层结构或TCP/IP的传输层）使用的协议，可能的协议有UDP、TCP、ICMP、IGMP、IGP等。
首部校验和：用于检验IP报文头部在传播的过程中是否出错，主要校验报文头中是否有某一个或几个bit被污染或修改了。
源IP地址：32位（bit），4个字节，每一个字节为0～255之间的整数，及我们日常见到的IP地址格式。
目的IP地址：32位（bit），4个字节，每一个字节为0～255之间的整数，及我们日常见到的IP地址格式。

由于Delphi里面没有位域这个概念,所以定义结构的时候只能整字节了,挺怀恋C++或者Erlang的,有位域定义出来和使用起来都很方便了
//IP包
TIPHeader = packed record
    iph_verlen: byte;           // 版本和长度
    iph_tos: byte;              // 服务类型
    iph_length: word;           // 总长度,2个无符号字节所以只能65535
    iph_id: word;               // 标识
    iph_offset: word;           // 标志和片偏移
    iph_ttl: byte;              // 生存时间
    iph_protocol: byte;         // 协议
    iph_xsum: word;             // 头校验和
    iph_src: longword;          // 源地址
    iph_dest: longword;         // 目的地址
end;

这个结构体有什么用呢?其实在嗅探的时候就很有用了.

TCP数据包的头

typedef struct _TCP_HEADER {
USHORT nSourPort ;   // 源端口号16bit
USHORT nDestPort ;   // 目的端口号16bit
UINT nSequNum ;   // 序列号32bit
UINT nAcknowledgeNum ; // 确认号32bit
USHORT nHLenAndFlag ;  // 前4位：TCP头长度；中6位：保留；后6位：标志位16bit
USHORT nWindowSize ;  // 窗口大小16bit
USHORT nCheckSum ;   // 检验和16bit
USHORT nrgentPointer ;  // 紧急数据偏移量16bit
} TCP_HEADER, *PTCP_HEADER ;

UDP数据包的头

typedef struct _UDP_HEADER {
USHORT nSourPort ;   // 源端口号16bit
USHORT nDestPort ;   // 目的端口号16bit
USHORT nLength ;   // 数据包长度16bit
USHORT nCheckSum ;   // 校验和16bit
} UDP_HEADER, *PUDP_HEADER ;

进入协议栈的过程:(从协议栈出来刚好相反)

ICMP头和报文校验和的计算

////////////////////////////////定义ICMP包头
typedef struct _ICMP_HEADER {
BYTE bType ;   // 类型8bit
BYTE bCode ;   // 代码8bit
USHORT nCheckSum ;  // 校验和16bit
USHORT nId ;   // 标识，本进程ID16bit
USHORT nSequence ;  // 序列号16bit
UINT nTimeStamp ; // 可选项，这里为时间，用于计算时间32bit
} ICMP_HEADER, *PICMP_HEADER ;

/////////////////////////////////

发送ICMP报文时，必须由程序自己计算校验和，将它填入ICMP头部对应的域中。校验和的计算方法是：

将数据以字（16位）为单位累加到一个双字中(强转换双字类型)，如果数据长度为奇数(奇数个字节)，最后一个字节将被扩展到字，累加的结果是一个双字，

最后将这个双字的高16位和低16位相加后取反，便得到了校验和！

// 计算ICMP包校验值
// 参数1：ICMP包缓冲区
// 参数2：ICMP包长度
USHORT GetCheckSum ( LPBYTE lpBuf, DWORD dwSize )
{
DWORD dwCheckSum = 0 ;
USHORT* lpWord = (USHORT*)lpBuf ;

// 累加
while ( dwSize > 1 )
{
dwCheckSum += *lpWord++ ;
dwSize -= 2 ;
}

// 如果长度是奇数
if ( dwSize == 1 )
dwCheckSum += *((LPBYTE)lpWord) ;

// 高16位和低16位相加
dwCheckSum = ( dwCheckSum >> 16 ) + ( dwCheckSum & 0xFFFF ) ;

// 取反
return (USHORT)(~dwCheckSum ) ;
}

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