如何分析TCP及IP的网络层相关封包与数据

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1. TCP/IP的网络层相关封包与数据

    1）  IP封包的封装：IPv4有32位，IPv6有128位。IP封包最大可以为65535bytes。其结构如下图：

    需要额外说明的有：

        服务类型：主要分为，PPP，表示此IP封包的优先度，目前很少是使用；D，若为0表示一般延迟（delay），若为1表示为低延迟；T，若为0表示为一般传输量，若为1表示为高传输量；R，若为0表示为一般可靠度，若为1表示为高可靠度；UU：保留尚未被使用；总共合起来为格式为PPPDTRUU。

        旗标：格式为DM，其中，D，若为0表示可以分段，若为1表示不可分段；M，若为0表示此IP为最后分段，若为1表示非最后分段。

        分段偏移：表示目前这个IP分段在原始IP封包中所占的位置。透过TotalLength，Identification，Flags以及Fragment Offset才能将小的IP分段在收受端组合起来。

        存活时间：范围0-255，当IP封包通过一个路由器时，TTL会减一，当TTL为0时，这个封包将会被丢弃。

        协议代码：各个代码的含义为，1，ICMP（InternetMessage Control）；2，IGMP（Internet Group Management Protocol）；3，GGP（Gateway-to-GatewayProtocol）；4，IP（IP in IP encapsulation）；6，TCP（Transmission Control Protocol）；8，EGP（ExteriorGateway Protocol）；17，UDP（Use Data Program）。

        表头检查码：用来检查这个IP表头的错误检查码之用。

        目标地址：目标IP地址

        其他参数：额外选项，提供包括安全处理机制，路由记录，时间戳，严格与宽松之来源路由等。

        补齐项目：由于Options的内容不一定有多大，但IP每个数据都必须是32bits，所以，若Options的数据不足32bits时，则有padding补齐。

        2）  IP地址的组成与分级：

        IP组成：网络号码和主机号码。

        同一网域（网段）：在同一个物理网段内，主机的IP具有相同的网络号和独立的主机号。而主机号全为0和全为1（广播地址）的IP是不可用的。同一网段内的主机如果设定相同的网域IP范围（不可重复）可以透过CSMA/CD的功能直接在区网内用广播进行网络的联机（亦即可以直接网卡对网卡传递数据）。在同一个物理网段之内，如果两部主机设定成不同的IP网段，则由于广播地址的不同，导致无法透过广播的方式来进行联机。此时要透过路由器（router）来进行沟通才能将两个网域连接在一起。

        IP分级：整个IP分为五个等级，如下图：

        D类：一般用来作为群播的特殊功能只用（最常用在大批计算机的网络还原）。

        E类：保留没有使用的网段。

    3）  IP种类与获取方式

        IP种类：公共IP，由InterNIC统一规划的IP，这种IP才能连上Internet；私有（保留）IP：不能连上Internet的IP，主要用于局域网络内的主机联机规划。

        私有IP分类：A类，10.0.0.0~10.255.255.255；B类，172.16.0.0~172.31.255.255；C类，192.168.0.0~192.168.255.255

        自动取得网络参数：在局域网络内会有一部主机专门负责管理所有计算机的网络参数，当其他主机网络启动时，会主动向该服务要求IP参数，若取得网络相关参数后，主机就能够自行设定好所有服务器给你的网络参数，从而连上Internet。

    4）  Netmask，子网与CIDR（Classless Interdomain Routing）

        Netmask：网络号码全取1而主机号码全取0的IP地址。

        Network：该网段的第一个IP地址，即网络号码为网络号码，而主机号码全为0

        网域表示方法：常用Network以及Netmask来表示一个网域。192.168.0.0/255.255.255.0或192.168.0.0/24（其中24表示网络号占24位）

        无等级网域间路由（无类域间路由）：将网络号借用来作为主机号，以使得多个网域写成一个，这种打破原本IP代表等级的方式就被称为无等级网域间路由（可以减少路由信息，从而提升性能）。

    5）  路由的概念：当一部主机发送数据到另一台主机时，这台主机会查看本身的路由信息并与数据的目标地址比较，若找到目标IP，则发送到指定的机器，否则传送到默认网关，再进行传输。重复此过程，直到数据到达目的地。

    6）  route [-n]:观察路由表的指令，参数

        a）-n：将主机名以IP的方式显示。

        b）数据显示解读，

        Destination：Network的意思

        Gateway：默认网关，若为0.0.0.0表示不需要额外的IP

        Genmask：Netmask

        Flags：旗标，U，代表该路由可用；G，代表该网络需要经由Gateway来帮忙传递；H：代表该行路由为一部主机，而非一整个网络

        Iface：接口（interface）即网卡代号。

    7）  ARP（Address Resolution Protocol，网络地址解析协议），RARP（Revers ARP，反向地址解析协议。

    8）  arp [-nd];arp –s hostname(IP) Hardware_address：获取本机的ARP表格内的IP/MAC对应的数据，参数：

        a）-n：以主机IP的形态显示

        b）-d：将hostname的hardware_address由ARP table当中删除掉。

        c）-s：设定某个IP或hostname的MAC到ARP table中（用于建立静态的ARP）。

    9）  ICMP（Internet Control Message Protocol，因特网讯息控制协议）：是一个错误侦测与回报的机制，最大的功能就是可以确保我们网络的联机状态与联机的正确性。ICMP也是网络层重要的封包之一，不过，这个封包并非独立存在，而是纳入到IP封包中，也就是说，ICMP同样是透过IP封包来进行数据传送的。ICMP比较常见的ICMP的类别：

        0：Echo Reply，代表一个响应信息

        3：Destination Unreachable，表示目的地不可到达

        4：Source Quench（当router的负载过高时，此类别码可用来让发送端停止发送讯息）

        5：Redirect，（用来重新导向路由路径信息）

        8：Echo Request，请求响应消息

        11：Time Exceeded for a Datagram，当数据封包在某些路由传送的现象中造成超时状态，此类别码可告知来源该封包已被忽略的讯息

        12：Parameter Problem on a Datagram，当一个ICMP封包重复之前的错误时，会回复来源主机关于参数错误的讯息。

        13：Timestamp Request，要求对方送出时间讯息，用以计算路由时间差异，以满足同步性协议的要求

        14：Timestamp Replay，此讯息纯粹是响应TImestamp Request用的

        15：Information Request，在RARP协议应用之前，此讯息用来在开机时，取得网络信息。

        16：Information Replay，用以响应Information Request讯息

        17：Address Mask Request，这讯息是用来查询子网mask设定信息

        18：Address Mask Reply，响应子网mask查询讯息的。

    ping和trcaceroute两个指令可以透过ICMP封包来确认与回报网络主机的状态，

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