linux网络编程第二讲

主机间通信之封装

上层协议是如何利用下层协议进行数据传输的呢？实际上就是通过封装实现的，应用层数据在传送到物理网络之前，是沿着协议栈自上而下进行的，数据传送时，每一层协议都将在上层协议的头部加上自己的头部（有时候也加尾部）

来实现本层的功能，这个过程就是封装。

示意图：

经过tcp封装过的报文称为TCP报文，上一篇文章中提到了tcp协议是用来维持一个连接，它会在内核中存储相关数据，这些数据的TCP头部信息和内核中的接收缓冲区或者发送缓冲区组成了TCP数据报，如图：

哎呀没发现，在听歌歌词也截图上去了，不过也希望看我博客的博友不虚此行，书归正题。

当发送端程序调用send（）函数向一个TCP连接写入数据时，内核中的TCP模块首先会把数据复制到与该连接对应的TCP内核发送缓冲区中，然后利用IP模块提供的服务，传递的参数有TCP头部信息和内核发送缓冲区中的数据，相当于TCP报文段。

经过UDP封装过的数据叫做UDP数据报，它与TCP数据的封装类似，只是由于UDP建立的是不可靠的连接，它不会为应用层数据保存副本，当一个UDP数据报发送成功但是接收端没有收到时，它没有TCP的内核进行的失败重传机制，如果一个应用层想要重新发送数据，就必须从用户空间将数据重新拷贝到UDP内核发送缓冲区中。

经过IP层封装过的数据称为IP数据报（IP datagram），它同样由IP头部信息和数据部分组成，数据部分为TCP数据报、UDP数据报或者ICMP数据报。

经过数据链路层封装的数据称为帧，传输媒介不同，帧的类型也不同，我们常见的有，以太网上传输的以太网帧，令牌环网络传输的令牌环网帧，以太网帧为例，示意图：

以太网帧使用6字节的物理地址和6字节的物理地址来存放通信双方的物理地址，类型后面再说，CRC字段为帧的其他部分提供混换冗余校验，帧的最大传输单元（MTU），即帧最多能携带多少上层协议数据（比如IP数据报）通常受到网络类型的限制，上图的MTU是1500字节，如果IP数据报的大小超过了这个MTU，则可能会被分片传输。帧才是最终在物理网络上传输的字节蓄力额，到此，封装完成。

主机间通信之分用

当帧到达目的主机时，将沿着协议栈自底向上依次传递，各层协议依次处理本城负责的头部数据，以获取所需的信息，最终将处理后的帧传递给应用程序，这个过程叫做分用，分用是依靠头部信息的类型字段实现的，标准文档RFC1700中定义了所有标识上层协议类型字段和上层协议对应的数值，下面是以太网帧的分用过程：

因为IP、ARP、RARP协议都是使用帧传送数据，所以帧的头不需要提供某个字段（具体情况取决于帧的类型），这里用以太网为例，它使用2字节的类型字段来标识上层协议，如果主机接收的类型字段为0x80，则帧的数据部分为IP数据报，以太网驱动程序就将帧交付给IP模块，如果类型字段的值为0x835，则真的数据部分为RARP请求或者应答报文，以太网驱动程序就把帧交付给RARP模块，如果类型字段的值为0x806,则帧的数据部分为ARP请求或者应答报文，以太网驱动程序就把帧交付给ARP模块。

同样，因为ICMP、TCP、UDP协议都使用IP协议提供的服务，所以IP数据报的头部采用16位的协议字段来区分它们。

TCP和UDP则通过头部信息中的16位端口号字段来区分上层应用程序。比如DNS对应的端口号为53，HTTP（超文本传输协议）对应的端口为80，所有应用层协议对应的端口号都可以在etc/servers文件中找到。帧通过上述的分用过程后，最终将封装前的原始数据传送至目标服务（ARP服务、RARP服务、应用程序），在顶层服务看来，封装和分用个似乎都没有发生过。