从 Ethernet 到 TCP

[such]

以太网帧格式

" 以太网是一种计算机局域网技术。IEEE 组织的 IEEE 802.3 标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术，取代了其他局域网技术如令牌环、FDDI 和 ARCNET。" -- Wiki 百科

从 Xerox 公布的 Ethernet I 发展到现在，有过 6 种以太帧格式：

• Ethernet I
• Ethernet II
• Ethernet 802.3 raw
• Ethernet 802.3 SAP
• 802.3/802.2 LLC
• 802.3/802.2 SNAP

其中主流应用的是 Ethernet II、802.3/802.2 LLC、802.3/802.2 SNAP 这三种，最常用的是 RFC894 定义，也就是 Ethernet II 的帧格式。

Ethernet II

• 目标 MAC 地址：6 个字节（ 48 位），发送时会先检查目标 MAC 的地址，与当前适配器的物理地址是否一致，不一致就丢弃；
• 源 MAC 地址：6 个字段（ 48 位），发送帧的网络适配器物理地址
• 类型：上层协议的类型，常见的有，0x0800 表示是 IPV4 协议，0x0806 表示是 ARP 协议，0x86DD 表示是 IPV6 协议，更多详见
• 数据报文：最小 46 字节，最大 1500 字节（ MTU ）

802.3/802.2 LLC

• DASP：1 个字节，目的服务访问点
• SSAP：1 个字节，源服务访问点 将 Ethernet II 帧头的类型字段替换为帧长度，并且因为新增加了 DASP, SSAP，Control 这三个各占 1 字节的字段，报文的长度也调整为：43~1497，它们三个字段作为 LLC 的头

802.3/802.2 SNAP

• 类型：2 个字节，不同于 Ethernet II 的类型字段
• OUI ID：3 个字节，通常都为 0 数据报文变为：38~1492 字节

Ethernet 帧，从最上层（应用层）发送的数据单元（ PDU ），每经过一层，都会把上层整个的 PDU 作为下层 PDU 的 data 域，然后加上 自己的协议头；接受端，同下而上的层层拆掉每层的头部。了解了这些，我们尝试抓包具体分析每个字段

Tcp 报文

$ tcpdump -i eth1 port 9527 -s 0 -w ./target9527.cap 用 wireshark 打开抓到的二进制报文，如图所示：

建立连接

Frame 1，表示第 1 帧，源 ip 和目的 ip 分别是：172.24.31.67 和 10.96.77.128 ，都是内网 ip。

• type：0x0800 表示 IPV4
• 源 MAC 地址：04:25:c5:83:f5:64
• 目标设备 mac 地址：5e:38:57:10:84:d9
• Flags：0x4000，没有拆包，如果请求报文大于 MTU，会拆多次发送
• Times to live：ttl，存活时间，数据包每经过一个三层路由器设备时，ttl 域的值减 1，当其存活次数为 0 时，便会取消数据包的转发。ttl，默认值是 64，如下图，经过 14 次到达目标 ip，所有 64-13=51
• SYN：1，表示 请求及建立连接，包括剩下的两次握手请求包

发送数据包

从 Frame 4 至 Frame 7 是建立连接后，发送具体请求的数据包。首先，发送了 HTTP 协议的 GET 请求，收到请求后回复了 ACK。具体看下：

• 在 GET 请求时，设置了标志位 ACK 和 PSH，PSH 是告诉接收端，立即交由应用层处理而不必等到Recv socket buffer写满
• 接收端回复 ACK 和 Seq number，接收端和发送端同样会再回复一个PSH标记的包，要求立即处理
• 最后，应用层通过 HTTP 协议回复报文，在回复报文时，这里要注意还有个标志位，在报文中，FIN=1，表示在返回的同时请求关闭连接

断开连接

tcp 连接是双工的，所以任何建立连接的双方都可以发起关闭连接的请求。自己之前面试也总喜欢问这些问题，看看候选人到底理解的是否透彻， 可是大多数都不怎么清楚。言归正传，剩下的 Frame 8 至 Frame 11 是回复详情的 ACK 和 端开连接的 tcp 包。

• Frame 8 和 Frame 9，分别回复的是，Frame 6 PSH标志位的请求和 Frame 7 的 HTTP 请求
• Frame 10 是连接另一边发起了关闭连接的请求，标志位 FIN=1
• Frame 11 是发起关闭请求方，回复上一个 FIN=1 的 ACK 请求包

四次挥手全部结束。有同学可以会比较疑惑，不是应该是 4 次请求吗，这里只有三次。解释下这个问题：因为服务端在响应 HTTP 请求时，因为知道自己已经发送完全部数据，所以在响应包里加上了四次挥手中的第一次 FIN=1 的请求。

[fvckDaybyte2]

为什么用 tcpdump 抓而不是 wireshak 命令，这两个命令功能上有区别吗？

[julyclyde]

错误比较多啊
TTL 不在传输层而是三层
TCP 的叫 segment 而不是 datagram

[such]

@julyclyde 首先，我没有说 ttl 在非三层。而且全篇文章，也没有提到 tcp 的 segment，不知您是怎么得到的错误结论？

[such]

@fvckDaybyte2 server 端不在本机，没法直接用 wireshak 抓

[julyclyde]

@such 确实没提到 tcp 的 segment 啊，你说的是“tcp 报文”

[julyclyde]

@fvckDaybyte2 wireshark 依赖于 Xwindow，而 lz 不会做远程 X 显示

[fvckDaybyte2]

@julyclyde wireshark 命令行版本也会依赖 xwindow ？并没有界面啊……

[such]

@julyclyde 通篇仔细校验了一遍，讲真，没找到哪里有错误

[such]

@fvckDaybyte2 没所谓的，我没用过 wireshark 的命令行工具，但是从 tshark，tcpdump，这些应该差别都不太大，底层应该都是依赖 Unix 的 libpcap 库

[julyclyde]

@fvckDaybyte2 wireshark 的命令行版不依赖 x 的，只很少有人用吧。用那个 tshark 还不如 tcpdump 呢，至少参考资料一抓一大把。用 wireshark 主要就是为了它的交互式展现能力