一、摘要
對之前幾篇博文涉及到的網絡通信協議進行分析，概述出TCP/IP的協議棧模型，最后根據實例對各層包頭進行分析。
二、標准TCP/IP協議棧模型
標准TCP/IP協議是用於計算機通信的一組協議，通常被稱為TCP/IP協議棧，以它為基礎組建的互聯網是目前國際上規模最大的計算機網絡。正因為互聯網的廣泛應用，使得TCP/IP成為了事實上的網絡標准。
1、OSI模型和TCP/IP協議模型
圖1是OSI模型和TCP/IP協議模型的對比。
圖1 OSI模型和TCP/IP協議模型
2、TCP/IP協議模型分層
（1）網絡接口層
TCP/IP協議模型的基層，負責數據幀的發送和接收。對應OSI模型中的物理層和數據鏈路層，是TCP/IP的最底層，不過通常在描述TCP/IP模型時還是會划分具體為物理層(PHY)和數據鏈路層(MAC)。
（2）網絡層
通過互聯協議將數據包封裝成互聯網數據包，並運行必要的路由算法。這里有4種互聯協議。
(a)網際協議IP：負責在主機和網絡之間的路徑尋址和數據包路由。
(b)地址解析協議ARP：獲得同一物理網絡中的主機硬件地址。
(c)網際控制消息協議ICMP：發送消息，並報告有關數據包的傳送錯誤。
(d)互聯組管理協議IGMP：用來實現本地多路廣播路由器報告。
（3）傳輸層
傳輸協議在主機之間提供通信會話。傳輸協議的選擇根據數據傳輸方式而定。主要有以下2種傳輸協議：
(a)傳輸控制協議TCP：為應用程序提供可靠的通信連接，適用於要求得到響應的應用程序。
(b)用戶數據包協議UDP：提供無連接通信，且不對傳輸包進行可靠性確認。
（4）應用層
應用程序通過這一層訪問網絡，主要包括常見的FTP、HTTP、DNS和TELNET協議。
3、TCP/IP協議模型對數據的封裝
圖2 各層數據包之間的相關性
在TCP/IP協議模型的4層協議中，各層數據包封裝情況如圖2所示。在發送數據時，將數據從最上層到最下層一次打包（加上包頭和部分尾部信息）；在接收數據時，則將從數據從最下層到最上層依次拆包（去掉包頭和部分尾部信息）。這些打包和拆包操作就是由TCP/IP協議棧實現的。下面根據實例對上述包頭進行詳細分析。
三、TCP/IP協議棧中各層包頭的分析
1、獲取數據包
(a) 以“DIY_DE2之DM9000A網卡調試系列例程（二）——DM9000A測試、自收發、實現UDP”為實例
獲取數據包的方式有兩種：通過wireshark抓包工具抓取數據包和通過NIOS II端中斷的方式獲取PC端發送的數據包，獲取的數據包分別如下：
通過wireshark獲得：
e0 cb 4e b7 9e d1 01 60
6e 11 02 0f 08 00 45 00
05 d8 00 00 00 00 80 11
b1 97 c0 a8 00 2c c0 a8
02 01 04 00 04 00 05 c4
00 00
這42個字節即是該例程的數據發送到PC端的包頭，42個字節之后就是有效數據，最后的4個字節則為校驗位。通過上述例程語句也能很清楚的分析各個數據的含義。
通過NIOS II端獲得：
ff ff ff ff ff ff e0 cb
4e b7 9e d1 08 00 45 00
00 1e 3c ac 00 00 80 11
3b 7a c0 a8 02 01 ff ff
ff ff 04 00 04 00 00 0a
04 31
同上。
由於該例程主要是實現UDP，所以TCP包頭不夠明了，為了全面的分析各個包頭，將使用下面的例程。
(b) 以“DIY_DE2之DM9000A網卡調試系列例程（四）——基於NicheStack協議棧的TCP/IP實現”為實例
通過wireshark獲取的數據包如下：
00 07 ed ff 06 00 00 0f
ea fd 9f 96 08 00 45 00
00 29 38 13 40 00 40 06
7d 60 c0 a8 02 0a c0 a8
02 01 18 98 00 17 37 8d
49 3b 00 46 74 e0 50 18
fe d9 ea f7 00 00 32
下面將對其做具體分析。
2、MAC包頭
MAC包頭占有14字節，即：
00 07 ed ff 06 00 00 0f ea fd 9f 96 08 00
很容易看出來 00 07 ed ff 06 00 和 00 0f ea fd 9f 96 分別是DIY_DE2和PC的MAC地址，后面的 08 00，不知道是什么。
3、IP包頭
IP包頭占有20個字節，即：
45 00 00 29 38 13 40 00 40 06 7d 60 c0 a8 02 0a c0 a8 02 01
(1) “45”，其中“4”是IP協議的版本（Version），說明是IP4。“5”是IHL位，表示IP頭部的長度，是一個4bit字段，最大就是1111了，值為12，IP頭部的最大長度就是60字節。而這里為“5”，說明是20字節，這是標准的IP頭部長度，頭部報文中沒有發送可選部分數據。
(2) “00”，服務類型（Type of Service）。這個8bit字段由3bit的優先權子字段（現在已經被忽略），4 bit的TOS子字段以及1 bit的未用字段（現在為0）構成.4 bit的TOS子字段包含：最小延時、最大吞吐量、最高可靠性以及最小費用構成，這四個1bit位最多只能有一個為1，本例中都為0，表示是一般服務。
(3) “00 29”，IP數據報文總長，包含頭部以及數據，這里表示41字節。這41字節由20字節的IP頭部以及21字節的TCP頭構成（最后的一個字節為數據）。因此目前最大的IP數據包長度是65535字節。
(4) “38 13”，兩個字節的標志位，這個是讓目的主機來判斷新來的分段屬於哪個分組。
(5) “40”，轉換為二進制就是“0100 0000”，其中第一位是IP協議目前沒有用上的，為0。接着的是兩個標志DF和MF。DF為1表示不要分段，MF為1表示還有進一步的分段（本例為0）。然后的“0 0000”是分段便移（Fragment Offset）。
(6) “00”，待定。
(7) “40”這個字節就是TTL（Time To Live）了，表示一個IP數據流的生命周期，用Ping顯示的結果，能得到TTL的值，很多文章就說通過TTL位來判別主機類型。因為一般主機都有默認的TTL值，不同系統的默認值不一樣。比如WINDOWS為128。不過，一般Ping得到的都不是默認值，這是因為每次IP數據包經過一個路由器的時候TTL就減一，當減到0時，這個數據包就消亡了。這也時Tracert的原理。本例中為“40”，轉換為十進制就是64了，我用的WinXP。
(8) “06”，這個字節表示傳輸層的協議類型（Protocol）。在RFC790中有定義，6表示傳輸層是TCP協議。
(9) “7d 60”這個16bit是頭校驗和（Header Checksum）。
(10) “c0 a8 02 0a”，這個是源地址，也就是PC的IP地址，轉換為十進制的IP地址就是：192.168.2.10。
(11) “c0 a8 02 01”，這個是目標地址，也就是DIY_DE2的地址，轉換為十進制的IP地址就是：192.168.2.1。
4、TCP包頭
TCP包頭占有20個字節，即：
18 98 00 17 37 8d 49 3b 00 46 74 e0 50 18 fe d9 ea f7 00 00
(1) “18 98”，表示本地端口號，轉換為十進制就是3368。
(2) “00 15”，表示目標端口號，轉換為十進制就是23，因為我是連接TELNET站點，所以，這個就是23。
(3) “37 8d 49 3b”，是順序號（Sequence Number），簡寫為SEQ。
(4) “00 46 74 e0”，是確認號（Acknowledgment Number），簡寫為ACKNUM。
(5) “50 18”，轉換為二進制，“0101 0000 0001 1000”。這兩個字節，總共16bit，有好多東西。第一個4bit“0101”，是TCP頭長，十進制為5，表示20個字節。接着的6bit現在TCP協議沒有用上，都為0。最后的6bit“01 1000”是六個重要的標志。這是兩個計算機數據交流的信息標志。接收和發送斷根據這些標志來確定信息流的種類。下面是一些介紹：
URG：（Urgent Pointer field significant）緊急指針。用到的時候值為1，用來處理避免TCP數據流中斷。
ACK：（Acknowledgment fieldsignificant）置1時表示確認號（AcknowledgmentNumber）為合法，為0的時候表示數據段不包含確認信息，確認號被忽略。
PSH：（Push Function），PUSH標志的數據，置1時請求的數據段在接收方得到后就可直接送到應用程序，而不必等到緩沖區滿時才傳送。
RST：（Reset the connection）用於復位因某種原因引起出現的錯誤連接，也用來拒絕非法數據和請求。如果接收到RST位時候，通常發生了某些錯誤。
SYN：（Synchronize sequence numbers）用來建立連接，在連接請求中，SYN=1，ACK=0，連接響應時，SYN=1，ACK=1。即，SYN和ACK來區分Connection Request和Connection Accepted。
FIN：（No more data from sender）用來釋放連接，表明發送方已經沒有數據發送了。
這6個標志位，對號入座。本例中SYN=0，ACK=1，當然就是表示連接請求了。在分析TCP包頭時候，要注意這兩位的變換。
(6) “fe d9”，窗口值，用來控制實現流量控制。
(7) “ea f7”，檢驗和，TCP的檢驗和是強制的。
(8) “00 00”，緊急指針。