畢業設計之路(5)——ICMP、IGMP、TCP協議

今每天氣不錯。

Internet控制信息協議（ICMP），在結構上是屬於傳輸層的，但在實際的功能上它是屬於網絡層的，是IP層的組成部分。ICMP協議爲IP數據報提供傳輸過程當中遇到的路由和傳送錯誤報告。

ICMP消息在如下幾種狀況發送：當數據報不能到達目的地時，當網關已經失去緩存功能時，當網關可以引導主機在更短路由上發送時。

IP並不是設計爲絕對可靠，這個協議是爲了當網路出現問題時返回控制信息，而不是使IP協議變得絕對可靠，並不保證數據報或控制信息可以返回。一些數據報仍將在沒有任何報告的狀況下丟失。上層協議必須使用本身的差錯控制程序來判斷通訊是否正確。ICMP信息一般報告在處理數據報過程當中的錯誤。若要避免信息無限制地返回，ICMP消息不會單獨成包發送，並且ICMP信息只在處理數據報偏移量爲0時發送。

ICMP消息以基本IP報頭髮送。下面是ICMP的封裝。

• 類型：長度1字節，表示該ICMP幀的類型。ICMP信息既是一份差錯報文，又是查詢報文。
• 代碼：長度1字節，表示在該類型下的錯誤代碼。只有差錯報文才有，其它都爲0
• 校驗和：長度2字節，表示整個ICMP幀的16位校驗和，計算範圍是ICMP的類型開始到數據末尾結束。計算方法與IP的校驗和相同。計算方法與IP的校驗和相同。
• 特定類型的數據：幾乎每一個類型的數據都不相同，長度也不一。

IGMP數據報

Internet組管理協議（IGMP）在IP主機上應用，並向任一個鄰近的路由器報告它們的組播成員關係。該備忘錄僅描述了IGMP在主機和路由器之間如何肯定成員關係，此路由器和組播成員主機的行爲相反。IGMP也能夠用於兩個路由器之間。

同ICMP同樣，IGMP也是IP的一個組成部分。它要求在全部想接收IP組播的主機都要實現IGMP。IGMP消息封裝在IP報文中，其IP的協議號爲2.在該文檔中全部說明了的IGMP消息均會用TTL爲1進行傳遞，並在IP頭中包括了IP路由檢測選項。

TCP協議

TCP協議全稱是傳輸控制協議，從TCP/IP這個名字便可知道TCP的份量。以4部分講述TCP協議。TCP協議幀的基礎；TCP的鏈接；TCP的流量控制；TCP的超時和重發。

1) TCP協議幀的基礎

• 面向鏈接：TCP協議規定，在進行數據傳輸以前2個及誒單必須使用TCP鏈接的創建過程，創建鏈接成功後再進行數據傳輸。終止鏈接也要使用TCP鏈接中斷過程關閉鏈接。
• 雙向傳輸：TCP協議中，每一個鏈接都有2個邏輯管道，一收一發。數據能夠同時進行收和發，TCP報頭包含傳出數據和確認輸入數據的序列號。
• 可靠傳輸：TCP協議規定，在傳輸數據時要按順序發送數據，並需獲得接收方的確認，沒有獲得確認的數據將重發，接收方接收到的重複包將被丟棄，失序包將被還原爲正確的序列。TCP校驗字提供比特級的完整性校驗。
• 數據字節流：在TCP的輸入和輸出邏輯管道上傳輸的數據被認爲是連續的字節流，TCP報頭的序列號和確認號都是以字節爲單位肯定的。TCP不知道所傳輸的字節流的內容是什麼，以及在哪裏開始，在哪裏結束，對字節流數據的分析只能經過應用層的協議進行分析。
• 流控制：TCP協議中還規定了數據傳輸的流量控制，防止堵塞。在數據傳輸的雙方都有接收緩衝區，若是一方接收緩衝區已滿，另外一方將再也不發送，直到緩衝區有空餘空間。而雙方的緩衝區都是獨立的，永遠也不會溢出。
• 應用層數據分段：TCP創建鏈接時，雙方都交換可接收的最大段，若是接收到ICMP的」路徑最大傳輸單位「MTU消息，就能自動調整TCP最大段的大小。
• 一對一傳輸：TCP協議只能實現一對一，而UDP協議能夠提供一對多服務。

總結以上幾點，TCP協議爲上層的應用層協議提供了可靠的數據傳輸服務，使用TCP傳輸的有HTTP,FTP,SMTP等一些不提供可靠數據傳輸的應用層協議。

說說TCP幀的結構。TCP幀分爲兩部分：報頭和有效負載。TCP報頭的長度是能夠改變的，最小長度是20字節（在沒有選項和填充時）。

TCP報頭有如下字段：

(1) 源端口：長度爲2字節。標識源應用層協議。如80（HTTP服務器端口）20和21（FTP服務器端口）、23（TELNET服務器端口）等。應用層協議的服務器端通常在已知的端口上接聽，而應用層協議的客戶端只對默認的服務器端口進行訪問。

(2) 目標端口：長度爲2字節，標識目標應用層協議。IPO報頭的目標IP地址加上TCP報頭的目標端口組成全局惟一而有效的地址，1個IP地址加一個端口號就稱爲一個SOCKET。

(3) 序 列號（ISN）：長度4字節，表示本TCP幀中有效數據的第1個字節的基於輸出字節流的序列號，即便沒有有效數據也要設置序列號，這時它等於下一個字節的基於輸出字節流的序列號。另外在創建鏈接或斷開鏈接時序列號加1，這種狀況之後再詳細說明。

(4) 確認號（ACK）：長度4字節，表示接收方但願接受的下一幀TCP幀數據字節流的第1個字節序列號。確認號提供對已經接收數據的確認。若是已經發送的數據沒有獲得正確的確認，就要重發。因此接收方要對已經接收的數據積極確認，確認號對全部的TCP幀來講都是很是重要的。

(5) TCP幀頭長度：長度是4位，表示在TCP幀中TCP幀頭的長度，和IP的報頭長度同樣，它的數值範圍是0X5~0XF，她是表示4的倍數的值。如最小的TCP報頭長度是20，能夠表示爲0x5,最大的TCP報頭長度是60，它能夠表示爲0xF,TCP報頭的大小始終是4的倍數。

(6) 保留：長度爲6位，設爲0便可。

(7) 標誌：長度爲6位，分別表示URG（緊急指針），ACK（確認序號正確），PSH（接收方儘快把數據發到應用層）、RST（重建鏈接）、SYN（同步序號），FIN（完成）6個標誌。置1有效，這6位能夠同時多個置1.

(8) 剩餘緩存空間：長度是2字節表示發送端接收緩衝區的剩餘空間，單位是字節。緩衝區最大值爲65535字節，該字段爲時，對方不能發送數據。其實該緩衝區是面向應用層的，若是應用層沒有讀取上面的數據，該字段就會愈來愈小，直到爲0.應用層協議讀取後，該字段的值變大，這樣就能夠保證不會丟失數據。

(9) 校驗和：長度2字節，爲TCP。提供位級別的綜合檢查。它的計算包括TCP僞報頭，TCP報頭、TCP有效負載，不發送TCP僞報頭。計算方法與IP報的校驗和計算方法相同，計算前要先把TCP校驗和字段清0.

下面是TCP僞報頭。

源IP地址和目標IP地址與IP報頭的相同。未定義字段填0，該協議字段填6.（表示TCP協議），TCP長度填TCP報的長度。對於報文校驗和的奇數和偶數個數的問題，其解決方法和UDP的同樣，即在最後增長填充字節0，這只是爲了計算校驗和，增長的填充字0與TCP僞報頭同樣不被髮送。

(10) 緊急指針：長度爲2字節，它在URG標誌置1後纔有用，平時爲0.它是TCP發送緊急數據的一種方式。它指出了TCP有效數據中緊急數據的長度和位置，緊急數據都放在當前TCP有效數據的開始到指針之內的範圍，RFC793的解析式在緊急指針指向最後一個緊急數據的位置，而新的RFC1122的解析是在緊急指針指向最後一個緊急數據位置再加1的地方。

(11) 選項和填充：長度以4字節增長，具體長度不定，通常是0.可是某些包如創建鏈接的同步包，是必須由選項的。下面介紹最大段大小選項。它描述了本TCP鏈接（指創建鏈接後所傳輸的數據）中每一個TCP幀最大傳輸數據的大小，它的型號是0x02，長度0x04,而後兩個字節表示最大段的大小，單位是字節。SACK選擇性重傳描述了從TCP上傳輸的數據中哪些須要從新傳輸。它在使用前有兩個默認字段，兩個無操做TCP選擇字段，0x01,0x01而後是它選項型號和選項長度。通常它包含兩種形式，SACK許可和SACK選項。SACK許可的選項型號是0x04,選項長度是0x02.SACK選項的選項型號是0x05，選項長度是十、1八、2六、34等，而後跟須要重發數據的左邊界（序列號，4字節）、右邊界.左邊界加右邊界恰好定義一個數據段，每定義一個數據段使用8字節，加上前面的選項型號、選項長度後，長度多是10（1個數據段）或者18（2個數據段）、26（3個數據段）、34（4個數據段）的等。