网络协议简介

这几天重温了一下网络协议，感觉有必要记录一下。首先就是对于现在而言，网络分为7层，第一层为物理层，往后依次是链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层，而一般情况下可以把会话层，表示层，应用层整体看作一个应用层，最为经典的案例就是ip协议在网络层，tcp在传输层，http在应用层。

首先物理层是最底层的，就是负责传输信号，再往上一层的数据链路层拿到的就是01字串了，数据链路层负责侦测发送冲突，和辨认不同的数据帧的。一般我们通过抓包比如用wireshark之类的，或者用raw socket的进行编程时拿到的就是数据帧了。然后先来说一下数据帧的格式了。数据帧包括三部分数据头，数据，数据尾，数据头是14字节，包括6字节目的地址mac，6字节源地址mac和两字节的协议类型，一般是0x0080表示是ip协议，最后数据尾是4字节的crc校验。一般我们熟知的arp协议，ppp协议还有l2tp协议都是工作在数据链路层的。

然后就到了网络层了，网络层我们熟知的就是ip协议，有了ip协议之后数据包能够知道如何将数据包转发到合适的位置上。现在ip协议分为ipv4和ipv6，其中ipv4是说ip地址是32位的，一般表示为0.0.0.0-255.255.255.255，ipv6的地址是128位的通，常写作8组，每组为四个十六进制数的形式，如FE80:0000:0000:0000:AAAA:0000:00C2:0002。

先来看ipv4的协议包header结构。

-|------------->16<--------------|------------->16<--------------|
-|0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7|  
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 | vesion| IHL   | TypeOfService |          TotleLength          |
-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 |        identification         |flags|      FragmentOffset     |
-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 |  Time to Live |    Protocol   |         Header Checksum       |
-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 |                       Source Address                          |
-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 |                    Destination Address                        |
-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 |                    Options                    |    Padding    |
-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

首先最开始的4bit，表示协议类型，因为是ipv4所以是4，之后的IHT是ip header的长度，一般情况下是5，是说header的大小是5*4＝20字节，也就是说header最大长度是15*4=60字节，注意IHT最小就是5，因为没有额外信息时所有信息至少需要20字节存储。具体的协议内容可以查看rfc791。

再来看ipv6的数据包header格式。

-|------------->16<--------------|------------->16<--------------|
-|0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7|  
-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 |Version| Traffic Class |           Flow Label                  |
-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 |         Payload Length        |  Next Header  |   Hop Limit   |
-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 |                                                               |
-+                                                               +
 |                                                               |
-+                        Source Address                         +
 |                                                               |
-+                                                               +
 |                                                               |
-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 |                                                               |
-+                                                               +
 |                                                               |
-+                        Destination Address                    +
 |                                                               |
-+                                                               +
 |                                                               |
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可以看到ipv6的header协议简化了一些内容，而地址边更为128bit，也就是16字节了。具体可以查看rfc2460。

在网络层工作的协议有ip，icmp，IPsec，ping是用的icmp协议就是工作在网络层的。

去掉了ip数据头之后就到了传输层了。传输层我们比较熟悉的就是tcp协议和udp协议了，这两个都是传输协议，而且一般情况下tcp和udp都有成熟的socket接口一般不需要自己去解析数据包格式了，所以这里不在赘述了，比如SOCK_STREAM是基于TCP的，SOCK_DGRAM是基于UDP的。TCP是数据保障的传输协议，而UDP则不保证数据传输的可靠。

然后最后就是应用层的数据协议了，这一层的协议就开始丰富起来了，比如http，ftp，dhcp，dns等。

最近还看到一个比较常用但是一直没有注意的socks5协议，详细内容可以看rfc1928，socks5也是应用层的协议，相对于我们说的五层网络而言，而对于7层网络而言，他是工作在会话层的，而这个协议也基本是作为proxy的存在，在去除掉传输层的协议就是tcp或udp的协议之后就能看到scocks5的协议内容，再往下会有http，ftp等协议，所以作为proxy而言，socks5协议不但比较简洁，而且对于更上层的协议如http，ftp等能更方便的转发。