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Linux网络模型及其常用协议分析
本章主要介绍Linux网络模型以及常用的网络协议分析（以太网协议、IP协议、TCP协议、UDP协议）。
一、网络模型
TCP/IP网络模型分为四个协议层，分别完成以下功能：
网络接口层
负责将IP数据在已有网络介质上传输。TCP/IP标准并不定义与ISO数据链路层和物理层相对应的功能，而是定义如地址解析协议（ARP）等协议，提供TCP/IP协议的数据结构和实际物理硬件之间的接口。 网间层
对应OSI七层参考模型的网络层。其主要功能包括： - 包装、寻址和路由IP数据报。
- 使用网间控制报文协议（ICMP）提供网络诊断信息。
- 包括IP协议（IP）、路由信息协议（RIP）等。
传输层
对应OSI七层参考模型的传输层，提供两种端到端的通信服务： - TCP协议提供可靠的数据流运输服务。
- UDP协议提供不可靠的用户数据报服务。
应用层
负责数据处理和用户应用的通信。常见协议包括：FTP、HTTP、Telnet、SMTP等。 OSI层与TCP/IP层对应关系：
| OSI七层模型 | TCP/IP四层模型 | 传输的数据 |
| 应用层 | 应用层 | 数据 |
| 表示层 | 应用层 | 数据 |
| 会话层 | 应用层 | 数据 |
| 传输层 | 传输层 | 段 |
| 网络层 | 网络层 | 数据报 |
| 数据链路层 | 网络接口层 | 帧 |
| 物理层 | 网络接口层 | 比特流 |
二、协议分析
网络协议是网络设备（如计算机、路由器等）之间通信的规则集合。现代网络采用分层结构，每一层建立在下一层之上，向上层屏蔽下层实现细节。
协议架构
不同层的协议包称谓不同：链路层为帧，网络层为数据报，传输层为段。 协议层数据包处理
数据包从物理层开始传输，经过网络接口层处理后成为帧，进入传输介质。到达目标主机后，每一层协议逐步剥去首部，最终将应用层数据交给应用程序。 以太网帧结构
帧中包含： - 源地址和目标地址：48位硬件地址（MAC地址）。
- 数据长度：规定最小46字节，最大1500字节（MTU）。
- 标识：帧识别号。
- 标志：MF（更fragment）、DF（不分片）。
- 片偏移：12位，指向原始分组中的位置。
- 生存时间（TTL）：路由器处理次数。
- 协议：ETH（以太网）、IP、ARP等。
IP协议格式
IP数据报字段包括： - 版本：4位，表示IP协议为IPv4。
- 首部长度：4位，可表示最大首部长度为60字节。
- 区分服务：8位，用于 DiffServ时有效。
- 总长度：16位，最大值为65535字节。
- 标识：16位，数据报计数器。
- 标志：3位，MF、DF字段。
- 片偏移：12位，分组位置相对值（以8字节为单位）。
- 生存时间：8位，路由器可经过次数。
- 协议：8位，指定数据使用协议。
- 首部检验和：16位，检验首部完整性。
- 源地址和目的地址：各4字节。
TCP协议格式
TCP段字段包括： - 源端口和目的端口：各2字节，socket唯一标识连接。
- 序号：4字节，数据字节序号。
- 确认号：4字节，期望数据包序号。
- 数据偏移：4比特，首部长度。
- 控制位：6比特，URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。
- 窗口：2字节，期望接收窗口大小。
- 校验和：16字节，伪首部+数据检验。
- 紧急指针：紧急位有效时指定紧急数据序号。
- 选项：例如MSS最大段大小。
UDP协议格式
UDP数据报字段包括： - 源地址和目的地址：各4字节。
- 长度：16位，最大值65535字节。
- 协议：8位，指定数据报使用协议。
- 首部检验和：16位，验证首部完整性。
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