以太网帧、IP数据报图解
注:本文为 “以太网帧、IP数据报”图解相关文章合辑。
未整理去重。
以太网帧、IP数据报的图解格式(包含相关例题讲解)
Rebecca.Yan已于 2023-05-27 14:13:19 修改
一、基础知识
UDP 段、IP 数据包,以太网帧图示
通信过程中,每层协议都要加上一个数据首部(header),称为封装(Encapsulation), 如下图所示。
不同的协议层对数据包有不同的称谓,在传输层叫做段(segment),在网络层主教座数据包(datagram), 在链路层叫做帧(frame)。数据封装称帧后发到传输介质上,到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部,最后将应用层数据交给应用程序处理。
第三行是以太网帧数据包的基本格式。
测试环境
机器名 | mac | ip | port |
---|---|---|---|
tcp_server | 00:0c:29:8b:37:da | 10.1.2.7 | 9502 |
tcp_client | 00:50:56:c0:00:08 | 10.1.2.1 | 12345 |
抓包 客户端向服务端发送 'hello world’
原始数据帧
00 0c 29 8b 37 da 00 50 56 c0 00 08 08 00 # Ethernet_II 格式数据帧首部
45 00 00 33 28 5b 40 00 80 06 ba 80 0a 01 02 01 0a 01 02 07 # ip 协议头
30 39 25 1e 84 a4 e6 82 cf f2 ea 28 50 18 10 0a 7b 45 00 00 # tcp 协议头
68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 # data
以太网数据帧构成
Ethernet_II 格式、数据帧首部 链路层
总长度 14B
以太网帧图示
其中,以太网首部占用 14 字节、FCS(Frame Check Sequece)(帧校验码) 长 4 个字节,用于检验数据在传输过程中数据是否出现了错误,为 CRC32 校验码。
以太网首部占用 14 字节,首位开始是目的地址占用六个字节,其次是源地址,占用 6 个字节,然后是类型占用两个字节。以太网帧除去首部 14 字节和尾部 FCS,4 字节,(共 18 字节)剩下的中间的部分就是 IP 数据报
字段名称 | 长度(byte) | 含义 |
---|---|---|
D.MAC | 6 | 接收方 MAC 地址,网络包接收方的 MAC 地址,在局域网中使用这一地址来传输网络包 |
S.MAC | 6 | 网络包发送方 MAC 地址,接收方通过它来判断是谁发送了这个包 |
Type | 2 | 使用的协议类型 TCP 通信中 IP 协议与 ARP 协议较常见 0000-05DC:IEEE802.3 0800:IP 协议 0806:ARP 协议 86DD:IPv6 |
以太网帧格式
目的 MAC 地址(6 字节) | 源 MAC 地址(6 字节) | 类型(2 字节) | 数据(45–1500 字节) | CRC |
---|
1.IP 数据报
目的 MAC 地址(6B) | 源 MAC 地址(6B) | 类型 0x0800 | IP 数据包 | CRC |
---|
2.ARP 请求应答
目的 MAC 地址(6B) | 源 MAC 地址(6B) | 类型 0x0806 | ARP 请求应答(28B) | CRC |
---|
3.RARP 请求应答
目的 MAC 地址(6B) | 源 MAC 地址(6B) | 类型 0x0835 | RARP 请求应答 | CRC |
---|
ICMP 协议:差错控制协议
ARP 协议:地址解析协议
实例
Ethernet_II 格式数据帧首部 14 bytes
00 0c 29 8b 37 da # 目标 MAC 地址 00:0c:29:8b:37:da
00 50 56 c0 00 08 # 源 MAC 地址 00:50:56:c0:00:08
08 00 # IP 协议
IP 协议数据包首部 网络层
总长度 20B+
IP 数据报格式如下图所示,IP 数据报文由首部(称为报头)和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度,共 20 字节(如图所示前五行为 IP 首部),是所有 IP 数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段,其长度是可变的。
实例
ip 协议头 20 字节
4 # 协议版本 ipv4
5 # ip 协议头长度 5 * 4 = 20 字节
00 # 服务类型 000-0-0-0-0-0
00 33 # ip 包总长度 hex => dec 51 字节
28 5b # ID 号
40 00 # 标志与分片偏移量 0100 0000 0000 0000 DF 位为 1 不允许分包 偏移量为 0
80 # 生存时间 dec 128
06 # 协议号 TCP 协议
ba 80 # 头部校验和
0a 01 02 01 # 发送方 ip 10.1.2.1
0a 01 02 07 # 接收方 ip 10.1.2.7
ip 协议头 头部校验和计算方法
-
头部校验和置 0;
-
对 IP 头部中的每 16bit 进行二进制求和;
-
如果和的高 16bit 不为 0,则将和的高 16bit 和低 16bit 反复相加,直到和的高 16bit 为 0,从而获得一个 16bit 的 值;
-
将该 16bit 的值取反,存入校验和字段。
TCP 协议头 传输层
图示
总长度 20B+
实例
tcp 协议头 20 字节
30 39 # 源端口 12345
25 1e # 目的端口 9502
84 a4 e6 82 # 序列号
cf f2 ea 28 # 确认序列号
5 # 首部长度 5 * 32 / 8 = 20 bytes
0 1 8 # 000000 保留 011000 ACK=1 PSH=1
10 0a # 窗口大小 4106
7b 45 # 校验和
00 00 # URG=0 无效
传输的数据
68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 # ascii 码
hello world
附录
每一个数据包都带有下一个数据包的编号。如果下一个数据包没有收到,那么 ACK 的编号就不会发生变化。举例来说,现在收到了 4 号包,但是没有收到 5 号包。ACK 就会记录,期待收到 5 号包。过了一段时间,5 号包收到了,那么下一轮 ACK 会更新编号。如果 5 号包还是没收到,但是收到了 6 号包或 7 号包,那么 ACK 里面的编号不会变化,总是显示 5 号包。这会导致大量重复内容的 ACK。如果发送方发现收到三个连续的重复 ACK,或者超时了还没有收到任何 ACK,就会确认丢包,即 5 号包遗失了,从而再次发送这个包。通过这种机制,TCP 保证了不会有数据包丢失。
UDP 协议
例题讲解
答案:
填空1:00-80-c8-5a-e3-88
填空2:00-60-2f-87-01-03
填空3:44
填空4:20
填空5:24
填空6:140.128.100.116
填空7:140.128.99.5
填空8:63
填空9:6
填空10:tcp
(1) Client 段和 Server 段的以太网网卡 48 位地址是 [填空 1] 和 [填空 2]
根据以太网数据帧(OSI 二层)的数据包头部,分别是目的 MAC 地址(6 字节)、源 MAC 地址(6 字节)、类型(2 字节),所以根据上图 Frame#1 帧中的前 6 个字节是 Client MAC 地址,紧接着 6 个字节是 Server 端地址。
分别是:
填空 1:00-80-c8-5a-e3-88
填空 2:00-60-2f-87-01-03
(2) Frame#1 帧中封装的 IP 分组的总长度 [填空 3] 44 B
首部长度 [填空 4] 20 B
IP 数据长度 [填空 5] 24 B
Frame1 帧总长度 58 字节,由于题干说,已通过侦差错校验,所以这个以太网帧不包含 FCS 帧(4 字节) ,所以 IP 数据报的长度应该是 Frame1 帧总长度 58 字节减去以太网帧首部 14 字节,IP 分组的长度应该是 44 字节,IP 首部长度是固定不变的 20B(记下来就行),IP 数据部分长度是 44B-20B=24B
(3) Client 段和 Server 段的 32 位 IP 地址(用点分十进制格式表示)[填空 6] 和 [填空 7]。
根据 Ip 数据包的 20 字节长度中 IP 地址的排列位置,可知源 Ip 地址(4 字节)和目的 IP 地址(4 字节)分别在 20 字节的后八个字节中。58-14-20+8=32,从 Frame#1 帧中的倒数第 32 个字节(两个 16 进制数是 1 个字节)往后数 8 个字节。
0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
IP 首部 20 个字节
58-14B(帧首部)=44 字节(IP 数据包)=20 字节(IP 首部)+24(上层数据 udp/tcp)
8c 80 63 05 # client Ip 地址 140.128.99.5
10001100 10000000 01100011 00000101
140 128 99 5
8c 80 64 74 # server IP 地址 140.128.100.116
10001100 10000000 01100100 01110100
140 128 100 116
(4) Frame#1 帧中封装的 IP 分组和生存时间值是 [填空 8] 协议字段值是 [填空 9]。# 63 6
先从 Frame#1 帧中找到生存时间值(1 个字节)对应的十六进制数,14+4+4=22,Frame#1 帧中的第 23 个字节就是 TTL 了。TTL 的十六进制数为 3f (0011 1111), 转换成十进制为 2^6-1=63
协议字段(1 字节)值的十六进制数为 06,就是十进制的 6 了。
(5) IP 分组中封装的是 [填空 10] 的数据 # tcp
由于本题建立的是 TCP 链接,所以以太网帧封装的是 TCP 段。
58-14(Frame 帧头)-20(IP 包头)=24 字节
24 字节 - 20 字节(TCP 头部长度)=4 (应用层数据),也即是 seq(4 字节),就是 TCP 三次握手中的第一次(请求建立连接的一方)
以太网数据帧详细解析 逐字节分析
Qazink 于 2020-08-25 21:18:49 发布
详细解析以太网通信数据帧
测试环境
机器名 | mac | ip | port |
---|---|---|---|
tcp_server | 00:0c:29:8b:37:da | 10.1.2.7 | 9502 |
tcp_client | 00:50:56:c0:00:08 | 10.1.2.1 | 12345 |
抓包 客户端向服务端发送 'hello world’
原始数据帧
00 0c 29 8b 37 da 00 50 56 c0 00 08 08 00 # Ethernet_II 格式数据帧首部
45 00 00 33 28 5b 40 00 80 06 ba 80 0a 01 02 01 0a 01 02 07 # ip 协议头
30 39 25 1e 84 a4 e6 82 cf f2 ea 28 50 18 10 0a 7b 45 00 00 # tcp 协议头
68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 # data
以太网数据帧构成
Ethernet_II 格式数据帧首部 链路层
总长度 14B
字段名称 | 长度 (byte) | 含义 |
---|---|---|
D.MAC | 6 | 接收方 MAC 地址,网络包接收方的 MAC 地址,在局域网中使用这一地址来传输网络包 |
S.MAC | 6 | 网络包发送方的 MAC 地址,接收方通过它来判断是谁发送了这个包 |
Type | 2 | 使用的协议类型。 TCP 通信中 IP 协议与 ARP 协议较常见 0000-05DC:IEEE 802.3 0800 :IP 协议 0806 :ARP 协议 86DD :IPv6 |
实例
Ethernet_II 格式数据帧首部 14 bytes
00 0c 29 8b 37 da # 目标 MAC 地址 00:0c:29:8b:37:da
00 50 56 c0 00 08 # 源 MAC 地址 00:50:56:c0:00:08
08 00 # IP 协议
IP 协议数据包首部 网络层
总长度 20B+
字段名称 | 长度 (bit) | 含义 |
---|---|---|
版本号 (Version) | 4 | 协议的版本一般的值为 0100(IPv4), 0110(IPv6) |
头部长度(IHL) | 4 | Header Length, 描述 IP 包头的长度, 因为在 IP 包头中有变长的可选部分。 长度 = 值 * 4, 4bit 最大 ‘1111’ = 15, IP 头长度为 20 - 60 (15 * 4) 字节 |
服务类型(ToS) | 8 | Type of Service,服务类型 8 位 按位被如下定义 PPP DTRC0 PPP:定义包的优先级,取值越大越重要 000 普通 (Routine) 001 优先的 (Priority) 010 立即的发送 (Immediate) 011 闪电式的 (Flash) 100 比闪电还闪电式的 (Flash Override) 101 CRI/TIC/ECP (找不到这个词的翻译) 110 网间控制 (Internetwork Control) 111 网络控制 (Network Control) D 时延: 0: 普通 1: 延迟尽量小 T 吞吐量: 0: 普通 1: 流量尽量大 R 可靠性: 0: 普通 1: 可靠性尽量大 M 传输成本: 0: 普通 1: 成本尽量小 0 最后一位被保留,恒定为 0 |
总长度 | 16 | Total Length IP 包总长度 以字节为单位计算的 IP 包的长度 (包括头部和数据),所以 IP 包最大长度 65535 字节 |
ID 号 | 16 | 该字段和 Flag 和 Fragment Offest 字段联合使用,对较大的上层数据包进行分段(fragment)操作。 路由器将一个包拆分后,所有拆分开的小包被标记相同的值,以便目的端设备能够区分哪个包属于被拆分开的包的一部分。 |
标志(Flags) | 3 | 长度 3 比特。 该字段第一位不使用。 第二位是 DF (Don’t Fragment)位,DF 位设为 1 时表明路由器不能对该 上层数据包分段。如果一个上层数据包无法在不分段的情况 下进行转发,则路由器会丢弃该上层数据包并返回一个错误信息。 第三位是 MF(More Fragments)位,当路由器对一个上层数据包分段,则路由器会在除了最后一个分段的 IP 包 的包头中将 MF 位设为 1。 |
分片偏移量 | 13 | Fragment Offest 表示该 IP 包在该组分片包中位置,接收端 靠此来组装还原 IP 包。 |
生存时间(TTL) | 8 | 当 IP 包进行传送时,先会对该字段赋予某个特定的值。 当 IP 包经过每一个沿途的路由器的时候,每个沿途的路由器会将 IP 包的 TTL 值减少 1。 如果 TTL 减少为 0,则该 IP 包会被丢弃。 这个字段可以防止由于路由环路而导致 IP 包在网络中不停被转发。 |
协议号 | 8 | 标识了上层所使用的协议。以下是比较常用的协议号: 1 ICMP 2 IGMP 6 TCP 17 UDP 88 IGRP 89 OSPF |
头部校验和 | 16 | Header Checksum 用来做 IP 头部的正确性检测,但不包含数据部分。 因为每个 路由器要改变 TTL 的值,所以路由器会为每个通过的数据包重 新计算这个值。 |
发送方 IP 地址 | 32 | Source Addresses 发送方 IP 地址。除非使用 NAT,否则 整个传输的过程中,这两个地址不会改变 |
接收方 IP 地址 | 32 | Destination Addresses 接收方 IP 地址。除非使用 NAT,否则 整个传输的过程中,这两个地址不会改变 |
可选字段 | 一般测试使用 |
实例
ip 协议头 20 字节
4 # 协议版本 ipv4
5 # ip 协议头长度 5 * 4 = 20 字节
00 # 服务类型 000-0-0-0-0-0
00 33 # ip 包总长度 hex => dec 51 字节
28 5b # ID 号
40 00 # 标志与分片偏移量 0100 0000 0000 0000 DF 位为 1 不允许分包 偏移量为 0
80 # 生存时间 dec 128
06 # 协议号 TCP 协议
ba 80 # 头部校验和
0a 01 02 01 # 发送方 ip 10.1.2.1
0a 01 02 07 # 接收方 ip 10.1.2.7
ip 协议头 头部校验和计算方法
- 头部校验和置 0;
- 对 IP 头部中的每 16bit 进行二进制求和;
- 如果和的高 16bit 不为 0,则将和的高 16bit 和低 16bit 反复相加,直到和的高 16bit 为 0,从而获得一个 16bit 的 值;
- 将该 16bit 的值取反,存入校验和字段。
TCP 协议头 传输层
图示
总长度 20B+
字段名 | 长度 (bit) | 含义 |
---|---|---|
源端口号 | 16 | 发送网络包的程序的端口号 |
目的端口号 | 16 | 网络包的接收方程序的端口号 |
序列号 seq | 32 | 发送的时候,TCP 协议为每个包编号(sequence number, 简称 SEQ),以便接收的一方按照顺序还原。万一发生丢包 ,也可以知道丢失的是哪一个包。 当前序列号 + 数据长度 = 下一个包的序列号 |
确认序列号 ack | 32 | 期待要收到下一个数据包的编号,ack 与 seq 搭配确保数据的 完整性,确认号只有 ACK 位为 1 时才有效。 |
首部长度 (数据偏移量) | 4 | 表示数据部分的起始位置,也可以认为表示头部的长度 |
保留 | 6 | 保留,未使用 |
控制位 | 6 | 该字段中的每个比特分别表示以下通信控制含义。 URG:表示紧急指针字段有效 ACK:接收数据序号字段有效,一般表示数据已被接收方接收 该位只有在连接未建立时为 0,连接建立后始终为 1 PSH:表示通过 flush 操作发送的数据,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。 RST:强制断开连接,用于异常中断的情况 SYN:同步序号,用于建立连接过程,在连接请求中发送 SYN=1 和 ACK=0, 应答 SYN=1 和 ACK=1 FIN: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。 |
窗口 | 16 | 接收方告知发送方窗口大小(即无需等待确认可一起发送的数据量) |
校验和 | 16 | 用来检查是否出现错误 |
紧急指针 | 16 | 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。 |
选项和填充 | 不定 | 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。 |
数据 | 可选 |
实例
tcp 协议头 20 字节
30 39 # 源端口 12345
25 1e # 目的端口 9502
84 a4 e6 82 # 序列号
cf f2 ea 28 # 确认序列号
5 # 首部长度 5 * 32 / 8 = 20 bytes
0 1 8 # 000000 保留 011000 ACK=1 PSH=1
10 0a # 窗口大小 4106
7b 45 # 校验和
00 00 # URG=0 无效
传输的数据
68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 # ascii 码
hello world
附录
每一个数据包都带有下一个数据包的编号。如果下一个数据包没有收到,那么 ACK 的编号就不会发生变化。
举例来说,现在收到了 4 号包,但是没有收到 5 号包。ACK 就会记录,期待收到 5 号包。过了一段时间,5 号包收到了,那么下一轮 ACK 会更新编号。
如果 5 号包还是没收到,但是收到了 6 号包或 7 号包,那么 ACK 里面的编号不会变化,总是显示 5 号包。这会导致大量重复内容的 ACK。
如果发送方发现收到三个连续的重复 ACK,或者超时了还没有收到任何 ACK,就会确认丢包,即 5 号包遗失了,从而再次发送这个包。通过这种机制,TCP 保证了不会有数据包丢失。
UDP 协议
Qazink
via:
-
以太网帧、IP数据报的图解格式(包含相关例题讲解)_以太网帧格式-CSDN博客 Rebecca.Yan 已于 2023-05-27 14:13:19 修改
https://blog.csdn.net/weixin_45440484/article/details/129667838 -
以太网数据帧详细解析 逐字节分析_以太网帧包括哪些字段?-CSDN博客 Qazink 于 2020-08-25 21:18:49 发布
https://blog.csdn.net/weixin_43197795/article/details/108229234
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1、安装vsftpd: sudo apt update sudo apt install vsftpd 2、安装后重启查看vsftpd状态 sudo systemctl status vsftpd 输出如下所示,表明vsftpd服务处于活动状态并正在运行: * vsftpd.service - vsftpd FTP server Loaded: loaded (/…...

多功能护照阅读器港澳通行证阅读机RS232串口主动输出协议,支持和单片机/Linux对接使用
此护照阅读器支持护照、电子芯片护照、港澳通行证、台湾通行证,和串口的被动的方式不一样。此护照阅读器通电后,自动读卡,串口输出,软件只需要去串口监听数据即可,例如用串口助手就可以收到读卡信息。 非常适用于单片…...

5个用于构建Web应用程序的Go Web框架
探索高效Web开发的顶级Go框架 Go(或称为Golang)以其简洁性、高效性和出色的标准库而闻名。然而,有几个流行的Go Web框架和库为构建Web应用程序提供了额外的功能。以下是五个最值得注意的Go框架: 1. Gin: Gin是一个高…...

Qt中的异步相关类
Qt中的异步相关类 今天在学习别人的项目时,看到别人包含了QFuture类,我没有见过,于是记录一下。 直接在AI助手中搜索QFuture,得到的时Qt中异步相关的类。于是直接查询一下Qt异步中相关的类。 在Qt中,异步编程是一个重要的概念&…...

浅谈仓颉语言的优劣
仓颉语言,作为华为自研的新一代编程语言,以其高效、安全、现代化的特点,引起了广泛的关注。 仓颉语言的优势 高效并发 仓颉语言的一大亮点是其轻松并发的能力。它实现了轻量化用户态线程和并发对象库,使得高效并发变得轻松。仓颉…...

Linux 显示系统活动进程状态命令 ps 详细介绍
Linux 和类 Unix 操作系统中的 ps(Process Status)命令用于显示当前系统中活动进程状态的命令。它提供了关于系统中正在运行的进程的详细信息,如进程 ID(PID)、父进程 ID(PPID)、运行时间、使用…...

scala中正则表达式的使用
正则表达式: 基本概念 在 Scala 中,正则表达式是用于处理文本模式匹配的强大工具。它通过java.util.regex.Pattern和java.util.regex.Matcher这两个 Java 类来实现(因为 Scala 运行在 Java 虚拟机上,可以无缝使用 Java 类库&…...

数据分析和AI丨知识图谱,AI革命中数据集成和模型构建的关键推动者
人工智能(AI)已经吸引了数据科学家、技术领导者以及任何使用数据进行商业决策者的兴趣。绝大多数企业都希望利用人工智能技术来增强洞察力和生产力,而对于这些企业而言,数据集的质量差成为了最主要的障碍。 数据源需要进行清洗且明…...

cocos creator制作2dTop-down游戏(虚拟摇杆、地图加载)
《不被遗忘的时光》第一期 1、游戏的形式:横板;2d的顶视角(Top-down);射击;ARPG;益智解谜。 2、画风:类似手游《伊洛纳》。 3、故事背景:以中元节的爷孙阴阳交流作为故…...

SQL Server 批量插入数据的方式汇总及优缺点分析
在 SQL Server 中,批量插入数据是非常常见的操作,尤其是在需要导入大量数据时。以下是几种常用的批量插入数据的方式: 1. 使用 INSERT INTO ... VALUES • 特点:适用于少量数据插入。 • 优点:简单易用。 • 缺点:不适合大量数据插入,性能较差。 • 示例:…...

linux上抓包RoCEv2
1、检查tcpdump版本 tcpdump help(4.99.4以上) 如果版本较低需要重新下载编译: wget https://www.tcpdump.org/release/libpcap-1.10.5.tar.xz wget http://www.tcpdump.org/release/tcpdump-4.99.4.tar.gz tar -xJf libpcap-1.10.5.tar.xz…...

【机器学习与数据挖掘实战】案例04:基于K-Means算法的信用卡高风险客户识别
【作者主页】Francek Chen 【专栏介绍】 ⌈ ⌈ ⌈机器学习与数据挖掘实战 ⌋ ⌋ ⌋ 机器学习是人工智能的一个分支,专注于让计算机系统通过数据学习和改进。它利用统计和计算方法,使模型能够从数据中自动提取特征并做出预测或决策。数据挖掘则是从大型数…...