ipv4和tcp报头数据格式

IPv4 (Internel协议)头部

#include  < linux / ip.h >
struct  iphdr {
     #if  defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
         __u8    ihl: 4 ,version: 4 ;
     #elif  defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
         __u8    version: 4 ,ihl: 4 ;
     #else
     #error  “Please fix <asm/byteorder.h>”
     #endif
         __u8    tos;
         __be16  - tot_len;
         __be16  - id;
         __be16  - frag_off;
         __u8    ttl;
         __u8    protocol;
         __be16  - check;
         __be32  - saddr;
         __be32  - daddr;
};

iphdr->version ： 版本(4位)，目前的协议版本号是4,因此IP有时也称作IPv4。
iphdr->ihl ： 首部长度(4位):首部长度指的是IP层头部占32 bit字的数目(也就是IP层头部包含多少个4字节 — 32位),包括任何选项。由于它是一个4比特字段, 因此首部最长为60个字节。普通IP数据报(没有任何选择项)字段 的值是5 <==> 5 * 32 / 8 = 5 * 4 = 20 Bytes。
iphdr->tos ： 服务类型字段(8位): 服务类型(TOS)字段包括一个3 bit的优先权子字段(现在已被忽略)，4 bit的TOS子字段和1 bit未用位但必须置0。4 bit 的TOS子字段分别代表:最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最 小费用。4 bit中只能设置其中1 bit。如果所有4 bit均为0,那么就意味着是一般 服务。
iphdr->tot_len ： 总长度字段(16位)是指整个IP数据报的长度,以字节为单位。利用首部长度字段和总长度字段,就可以知道 IP数据报中数据内容的起始位置和长度。 由于该字段长16比特,所以IP数据报最长可达65535字节 总长度字段是IP首部中必要的内容,因为一些数据链路(如以太网)需要填充一些数据以达到最 小长度。尽管以太网的最小帧长为46字节,但是IP数据可能会更短。如果没有总长度字段,那么IP层就不知道46字节中有 多少是IP数据报的内容。
iphdr->id： 标识字段(16位)唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1。
iphdr->frag_off (16位)： frag_off域的低13位 — 分段偏移(Fragment offset)域指明了该分段在当前数据报中的什么位置上。除了一个数据报的最后一个分段以外，其他 所有的分段(分片)必须是8字节的倍数。这是8字节是基本分段单 位。由于该域有13个位，所以，每个数据报最多有8192个分段。因此，最大的数据 报长度为65,536字节，比 iphdr->tot_len域还要大1。
iphdr->frag_off的高3位： (1) 比特0是保留的，必须为0； (2) 比特1是“更多分片”(MF — More Fragment)标志。除了最后一片外，其他每个组成数据报的片都要把该比特置1。 (3) 比特2是“不分片”(DF — Don’t Fragment)标志,如果将这一比特置1，IP将不对数据报进行分片,这时如果有需要进行分片的数据报到来，会 丢弃此数据报并发送一个ICMP差错报文给起始端。
iphdr->ttl： TTL(time-to-live) — 8位，生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。它指定了数据报的生存时间。TTL的初始值由源主机设置(通常 为32或64),一旦经过一个处理它的路由器,它的值就减去1。当 该字段的值为0时,数据报就被丢弃,并发送ICMP报文通知源主机。 TTL(Time to  live)域是一个用于限制分组生存期的计数器。这里的计数时间单位为秒，因此最大的生存期为255秒。在每一跳上该计数器必须被递减，而且，当数 据报在一台路由器上排队时间较长时，该计数器 必须被多倍递减。在实践中，它只是跳计数器，当它递减到0的时候，分组被丢弃，路由器给源主机发 送一个警告分组。此项特性可以避免数据报长时间地逗留在网络中，有时候当路由表被破坏之后，这种事情是有可 能发生的。
iphdr->protocol： 协议字段(8位): 根据它可以识别是哪个协议向IP传送数据。 当网络层组装完成一个完整的数据报之后，它需要知道该如何对它进行处理。协议 (Protocol)域指明了该将它交给哪个传输进程。TCP是一种可能，但是UDP或者其他的协议也是可能的。
iphdr->check： 首部检验和字段(16位)是根据IP首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。 ICMP、IGMP、UDP和TCP在它们各自的首部中均含有同时 覆盖首部和数据检验和码。 为了计算一份数据报的IP检验和,首先把检验和字段置为0。然后,对首部中每个16 bit进行二进制反码求和(整个首部看 成是由一串16 bit的字组成),结果存在检验和字段中。当收到一份IP数据报后,同样对首部 中每个16 bit进行二进制反码的求和。由于接收方在计 算过程中包含了发送方存在首部中的检验和,因此,如果首部在传输过程中没有发生任何差错,那么接收方计算的结果应该为全1。如果结果不是全1(即 检验和错 误),那么IP就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文,由上层去发现丢失的数据报并进行重传。
iphdr->saddr： 32位源IP地址
iphdr->daddr： 32位目的IP地址

网络字节序
4个字节的32 bit值以下面的次序传输:首先是0~7bit,其次8~15bit,然后16~23bit,最后是24~31 bit。这种传输次序称作big endian字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求 以这种次序,因此它又称作网络字节序。


TCP头

#include  < linux / tcp.h >
struct  tcphdr {
         __be16 source;
         __be16 dest;
         __be32 seq;
         __be32 ack_seq;
          #if  defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
         __u16   res1: 4 , doff: 4 , fin: 1 , syn: 1 , rst: 1 ,
                 psh: 1 ,  ack: 1 ,  urg: 1 , ece: 1 , cwr: 1 ;
          #elif  defined(__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
         __u16   doff: 4 , res1: 4 , cwr: 1 , ece: 1 , urg: 1 ,
                 ack: 1 ,  psh: 1 ,  rst: 1 , syn: 1 , fin: 1 ;
          #else
          #error  “Adjust your <asm/byteorder.h> defines”
          #endif
         __be16  window;
         __be16  check;
         __be16  urg_ptr;
};

tcphdr->source： 16位源端口号
tcphdr->dest： 16位目的端口号
tcphdr->seq： 表示此次发送的数据在整个报文段中的起始字节数。序号是32 bit的无符号数。为了安全起见，它的初始值是一个随机生成的数，它到达32位最大 值 后，又从零开始。
tcphdr->ack_seq： 指定的是下一个期望接收的字节，而不是已经正确接收到的最后一个字节。
tcphdr->doff： TCP头长度，指明了在TCP头部包含多少个32位的字。此信息是必须的，因为options域的长度是可变的，所以整个TCP头部的长度也是变化的。从 技 术上讲，这个域实际上指明了数据部分在段内部的其起始地址(以32位字作为单位进行计量)，因为这个数值正好是按字为单位的TCP头部的长 度，所 以，二者的效果是等同的。
tcphdr->res1： 为保留位。
tcphdr->window： 是16位滑动窗口的大小，单位为字节，起始于确认序列号字段指明的值，这个值是接收端正期望接收的字节数，其最大值是63353字节。TCP中的流 量控制是通过一个可变大小的滑动窗口来完成的。window域指定了从被确认的字节算起可以接收的多少个字节。window = 0也是合法的，这相当 于说，到现在为止多达ack_seq-1个字节已经接收到了，但是接收方现在状态不佳，需要休息一下，等一会儿再继续接收更多的数据，谢谢。以 后，接收方可以通过发送一个同样ack_seq但是window不为0的数据段，告诉发送方继续发送数据段。
tcphdr->check： 检验和，覆盖了整个的TCP报文段，这是一个强制性的字段，一定是由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。
tcphdr->urg_ptr： 这个域被用来指示紧急数据在当前数据段中的位置，它是一个相对于当前序列号的字节偏移值。这个设施可以代替中断信息。
fin, syn, rst, psh, ack, urg为6个标志位
这6个位域已经保留了超过四分之一个世纪的时间而仍然原封未动，这样的事实正好也说明了TCP的设计者们考虑的是多么的周到。它们的含义如下：
tcphdr->fin fin： 被用于释放一个连接。它表示发送方已经没有数据要传输了。
tcphdr->syn： 同步序号，用来发起一个连接。syn位被用于建立连接的过程。在连接请求中，syn=1; ack=0表示该数据段没有使用捎带的确认域。连接应答捎带 了一个确认，所以有syn=1; ack=1。本质上，syn位被用来表示connection request和connection accepted，然而进一步用ack位来区分这 两种情况。
tcphdr->rst： 该为用于重置一个已经混乱的连接，之所以会混乱，可能是由于主机崩溃，或者其他的原因。该位也可以被用来拒绝一个无效的数据段，或者拒绝 一个连接请求。一般而言，如果你得到的数据段设置了rst位，那说明你这一端有了问题。
tcphdr->psh： 接收方在收到数据后应立即请求将数据递交给应用程序，而不是将它缓冲起来直到整个缓冲区接收满为止(这样做的目的可能是为了效率的原因)。
tcphdr->ack： ack位被设置为1表示tcphdr->ack_seq是有效的。如果ack为0，则该数据段不包含确认信息，所以，tcphdr->ack_seq域应该被忽略。
tcphdr->urg： 紧急指针有效。
tcphdr->ece： 用途暂时不明。
tcphdr->cwr： 用途暂时不明。
内核源代码在函数tcp_transmit_skb()中建立tcp首部。