协议：TCP/IP之用户数据的传递过程及协议头部信息

1.网络协议的分层

由底层到上层，分别是：l链路层，网络层，运输层和应用层。

这里以FTP协议为例来看下客户端和服务器端，在协议层面是如何交互的。

在局域网内，链路层基本上是相同的，以太网为例，如下图所示，对应的协议栈需要采用对应的协议来交互数据。

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在不同的局域网，链路层往往不同，假设一个是以太网，一个是令牌环网，那么在IP层对应的路由协议上面需要同时支持这两种网络，在路由器的支持下，两种网络可以相互适配，以便达到相互通讯的地步。

在IP层往上，就已经屏蔽了这部分差别，所以在运输层和应用层，与局域网内部通讯是一致的。

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2.网络协议的封装和分用

在研究数据的封装和分用之前，让我们先看下对应的层次都有哪些网络协议，如下图所示：

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数据要从一端发往另外一端，涉及到的第一个问题，便是如何将数据打包，这种打包的标准时需要事先商量好的，策略是每一层都添加一个对应的协议层头部，往下传递。

应用层在发送数据的时候，首先需要将对应的用户数据，在应用层打包，这样就会在应用层协议层面，加个对应的应用层首部，构成“应用层首部+用户数据”的一整个数据 = 应用数据。

应用层数据往下传递到TCP层，TCP会将这些数据再加一个报文头部，变成“TCP首部+应用层数据” = TCP数据，并传递给IP层。

IP层接到数据之后，会添加个IP首部，变成“IP首部+TCP数据” = IP数据，并传递给链路层。

假设链路层是以太网，于是链路层数据便成为“”以太网首部+IP数据+以太网尾部”=以太网数据。

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对于接收端来说，与发送端正好是相反的，对应的协议层次，会把该层的数据头部剥掉，并按照规范解析出数据，传递给上一层，一直到对应的应用程序为止。

例如：IP层，会根据IP头部的数据位，来知道运输层是UDP还是TCP，并决定将IP数据是传给UDP还是TCP协议来继续处理。

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3.IP层的头部数据

IP头部，有20位字节组成，其中IP数据的长度是U16,最大值是65535，U16的首部校验和，U8的生存时间，U8的协议（这个用来记录 运输层是何种协议，UDP还是TCP）。U32的源端IP地址和U32的目的端IP地址。

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IPv6的数据头部如下所述， 其中源地址和目的地址，都是16个字节的大小。

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4.UDP头部

UDP头部+UDP数据，共同构成了UDP数据，被封装在IP 数据之中，作为IP的数据内容，其中UDP的头部只有8个字节的大小。

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UDP头部内容详细如下所示：U16的源端口和目的端口，该字段的用意是用来区分同一台机器上面的使用相同IP地址的，不同的应用程序。

U16的UDP数据长度，其实IP的数据长度是U16，所以UDP这一层的数据长度应该是：IP的数据长度-8字节的UDP头部长度。

U16的UDP检验和，这个UDP是可选的。

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5.TCP头部

TCP数据由：TCP首部+TCP数据 共同构成，TCP数据。会被封装到IP数据中，其中TCP首部由20个字节构成，如下图所示：

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TCP的首部，详细内容如下所示：

U16的源端口和目的端口，用于区分相同IP地址下面的不同应用程序。U32的序列号和确认序号，用来实现TCP的可靠性传输，是TCP可靠性传输重要的一个环节，通过REQ+ACK的方式来完成。关于该序号，是根据时间的关系随机生成的一个序号，递增的产生方式。

标识位SYN和ACK，用于三次握手。FIN用于四次挥手。RST表示复位连接。PSH表示需要尽可能快的将数据送往接收进程。

U16的窗口大小，用于控制TCP的流量传输速率。U16的校验和，这个是必须要存在的，保证TCP的可靠性的一部分。

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备注：该资料的整理主要来自于TCP/IP详解卷一，更像是一个读书笔记。