從IP數據包到端口發送究竟經歷了什麼？

我一直覺得IP數據包，到物理層發送這之間再也不有什麼操做性了。由於在日常的交流中談協議，談到IP這一層基本就止住了，彷彿IP打包後就能夠直接發送了是的。然而當我讀了《TCP/IP詳解卷一：協議》後，我才發現其中並無那麼簡單。也許是由於接近真實世界的緣由，不一樣的網絡鏈接方式最終封裝的IP都不太同樣。

以太網和IEEE 802

以太網和IEEE 802是最多見的兩種協議，它們的數據報以下：

目的地址和原地址指的就是物理地址（MAC地址），它們是經過ARP協議獲取的（下文會介紹）。

咱們將目光放到封裝的數據部分，能夠看到封裝的三種報文（IP、ARP、RARP）類型是一致的，可是後面的數據長度範圍並不一致。IEEE802的最小值是36字節（PAD 表明填充字節的意思），而以太網的是46。

在觀察除了數據之外的部分，會發現他們源地址、目的地址都在開頭並佔據相同長度，尾部都是4字節的CRC（檢驗碼），不同的是IEEE802比以太網多佔用了8個字節（長度+幾個不明就裏的固定字段）。

在我看來以太網應該是IEEE 802的升級版（由於減小了一些不須要的固定字節的佔用），然而以太網出現的時間比IEEE 802提早，也就是說IEEE 802纔是升級版。更神奇的是RFC標準規定，以太網必須支持而IEEE選擇支持。然而我查找了半天資料沒有發現兩個同時存在的緣由，所以我能想到的IEEE 802存在的緣由是歷史商業競爭的產物了。

ARP：地址解析協議

ARP（Address Resolution Protocol）爲協議地址（一般是IP，也就是說能夠用在非IP協議上）到硬件地址之間提供一種映射。主要不是用於消息通訊，而是爲了消息通訊而查出硬件地址。

用於以太網的ARP請求或應答報文以下：

• 幀類型：表示後面的數據類型，應答或請求（0X0806）
• 硬件類型：表示硬件地址的類型，值爲 1即表示以太網地址
• 協議類型：表示要映射的協議地址類型。它的值爲 0x0800 即表示IP地址
• 硬件地址長度/協議地址長度：單位byte
• op：表明操做，發送爲響應報文時爲2

硬件類型和協議類型決定最後4個字段（源硬件地址、源協議地址、目的硬件地址、目的協議地址）的長度和內容

解析過程：

1. ARP發送請求到廣播地址（物理地址每一個bit都爲1，FF:FF:FF:FF:FF:FF）
2. 與ARP請求的目標IP地址對應的主機，填充上地址段
3. 根據請求端的地址直接將響應報文發送回請求主機

主機在接收到請求或響應ARP報文時，會將地址緩存下來。完整的表項（可以正常響應的）通常爲20分鐘，不完整的表項（未被正常響應的）通常爲3分鐘。能夠經過指令arp進行查看。

SLIP：串行線路IP

SLIP(Serial Line IP)是一種對IP數據報進行封裝的簡單形式，適用於RS-232串行端口和高速調制解調器接入Internet。RS-232常見於液晶顯示屏與電腦的連接。

RS-232數據線：

SLIP數據報：

從數據報能夠看出SLIP協議是一種很簡單的協議，除了頭尾字段用於區分數據報，而後將數據報中會影響判斷的（標誌字節：0xc0，轉義字節：0xdb）進行轉義就完成了封裝能夠進行發送了。

優勢：

簡單、字節少。

我想這也是它會被用在顯示器上（RS-232）和接入Internet等對時延要求高、傳輸量大的場合。

缺點：

1. 根據IP知道對端機器（原話是「每端必須知道對方IP」）。該協議沒有使用ARP進行廣播，肯定發送機器，因此必須的經過IP層的目的IP地址知道對應的機器。
2. 數據幀沒有類型字段，只能發送一種類型的報文。（原話是「若是一條串行線路用於SLIP，那麼它不能同時使用其餘協議。」）
3. 沒有校驗和，受噪聲影響，傳輸出錯只能在上層校驗。

我想也就是由於這些不穩定性，因此主要是在有線傳輸中見到它的身影。

CSLIP

CSLIP(Compressed SLIP)是SLIP的更進一步，它將SLIP傳輸的TCP數據包頭進行壓縮，減小傳輸量。但並不影響UDP包頭。

PPP：點對點協議

PPP(Point to Point Protocol)協議修改了SLIP協議中的全部缺點。PPP就是被設計來用於取代SLIP的。其數據報以下：

能夠看到CRC加入了協議字段和CRC字段（校驗和）字段，所以能夠解決只可以傳輸一種類型報文，以及沒有校驗和易受噪聲干擾的問題。至於PPP的IP協商機制，有興趣的能夠本身查查資料。

PPP與SLIP同樣有頭尾標誌字節，這就說明PPP也須要將數據報中的標誌字節和轉義字節進行轉移。與SLIP不同的是，標誌位（0x7e）、轉義字節（0x7d）。

除了這兩個字節外PPP還須要對小於0x20的字節進行轉移，由於0x20的字節在ascii碼中有控制含義，怕影響底層驅動程序。

所以PPP具備轉移規則，規則是在0x7d接下去的第1個byte的第6個bit取補碼（即將byte取補碼後，將這個byte的第6位，用補碼的第6位取代）。

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