以太网协议介绍（ARP、UDP、ICMP、IP）

以太网协议介绍

一、ARP协议

请求：

应答：

ARP协议：

0x0001 0x0800 6 4

硬件类型：2个字节，arp协议不仅能在以太网上运行还能在其他类型的硬件上运行。以太网用1来表示；
协议类型：两字节。指的是arp协议的上层协议是什么，以太网中上层协议是IP，用0x0800表示；
硬件地址长度：1个字节。表示MAC地址的长度，即12-34-56-78-9a-ab,一共6位，所以这里填写6;
协议地址长度：一个字节。表示的是IP地址的长度。192.168.1.102，一共4个字节（byte）；
OP：表示操作码，为1时表示请求，为2的时候是应答操作；
源mac地址：主机A的mac地址。长度为6字节；
源IP地址：主机A的IP地址。4个字节；
目的MAC地址：B主机的MAC地址。4个字节；
目的IP地址：B主机的IP地址。长度为6字节。

注意：
A发送请求时，源地址是指A的；当B主机应答的时候源地址是指B的。即谁发送源地址就是谁，目的地址是要发送的目标地址。

以太网ARP数据包格式：

FCS：校验

在以太网帧头部分也包含了目的地址的mac和ip地址。

二、以太网帧格式：

以太网通信是通过包的形式进行传输的，不像串口协议一样单位是byte。

前导码：7个字节。由7个0x55组成，0x55=0101_0101；
SFD:帧开始的界定符，长度为1个字节。固定值0xd5；
目的MAC地址：数据发送给谁，目的端的MAC地址，6个字节；
源MAC地址：谁发送的数据，6个字节；
长度or类型：如下图解析；
以太网数据格式：这个字段最低46byte，最高1500Byte，1500是最大的传输单元，单个数据包如果超过1500字节的话会被对端设备丢弃；

帧间隙：

三、以太网的UDP协议

TCP和UDP的区别

​ osi 7层模型：实现通信的任务

对于fpga开发，只需要关注传输层，网络层、数据链路层、物理层，嵌入式开发需要关注的是应用层、表示层、会话层。

物理层：底层硬件支持，利用传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输，使数据链路层不必考虑网络的介质是什么。PHY芯片、网线、RJ45座子等；
数据链路层：定义在单个链路上如何传输数据，其功能就是将数据组合成数据块（数据）。并提共数据差错校验的功能，帧是数据链路层传输的单位。如以太网的数据帧格式；
网络层：通过IP寻址来建立两个节点之间的连接，为数据包选择路由，如IP协议层；
传输层：作用是为上层协议提供端到端（端口到端口）的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题，如：TCP/UDP;

会话层：建立和管理应用程序之间的通道
表示层：主要的功能就是定义数据传输过程中的数据格式以及加密；
应用层：计算机用户以及各种应用程序和网络之间的接口，功能说就是直接向用户提供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作。如文件传输服务（FTP）、超文本传输协议（HTTP）

UDP数据格式：

四、IP协议简介

IP:internet protocol(网际协议)

IP协议是TCP/IP协议簇中的核心协议之一，也是TCP/IP协议的载体，IP协议规定了数据传输时的基本单元和格式。所有的TCP、UDP以及ICMP数据都是以IP数据报格式传输的。

IP数据报格式：

IP首部是以4（32bit）个字节为单位，

版本：IPv4 or IPv6;IPv4的地址是4个字节，即为0100，IPv6是6个字节，即0110； 
首部长度：指的是IP首部一共有多少个4个字节（以4个字节为单位），如果不包含可选字段，这里就填写5，5 * 4byte = 20 byte；
服务类型：一般设置为0，表示一般的服务；
总长度：IP首部和IP数据一共多长，最大的值为65535，但是实际上传送不了那么多，因为还要考虑以太网的帧格式长度，也就是只能传输1千多；
标识：初始值为0，每发送一个UDP数据包，这个值就累加1
标志：3bit，表示如有10000个数据，但是一次传输不了那么多，用于表示分片，需要对数据包进行分片；位号表示2  1  0，位号2为保留位为0，位号1为禁止分片位（不需要分片置为1，需要分片置为0），位号0表示需要更多的分片（在位号1使能的情况下使用），一般使用值为0。一般设为：010，表示不分片；
片偏移：分片的时候才有意义，当前的数据包位于整个数据包哪一个位置，方便后面解析的时候对其进行拼接；
生存时间：防止数据被无止境的复制下去，数据每经过1次路由器，生存时间就会减1；一般设置为64或者128；
协议：如果是UDP协议的时候就是17.如下图常用国际协议编号所示；
首部校验和：下面进行讲解，IP首部校验和计算方法图；
源IP地址：发送端的IP地址；
目的IP地址：接收端的IP地址；
可选字段：也是按照4个字节为单位；

举个例子：

以太网UDP数据格式：

UDP首部中端口号很重要，用于表示数据来自哪里和发送到哪里。

如果IP的检验和不正确的话，接收端将会丢掉数据包，UDP校验和大部分的接收端是不管的，所以一般置为0x00。

五、ICMP协议

ICMP（Internet control message protocol的缩写），即互联网控制消息协议。它用于TCP/IP网络中发送控制消息，提供可能发生在通信环境中的各种问题反馈，通过这些消息，使得网络管理者可对所发生的问题做出诊断，然后适当的措施解决问题。

ICMP信息功能：

查询类报文：主要用于信息的查询和采集，比较教材传输路径上的每个路由器都是谁，本次传输的报文是否达到目的地等等。如ping功能就是这个。

差错诊断类报文：主要用于诊断网络故障，比如传输报文被丢弃的原因是什么等等。

ICMP协议包格式：

ICMP查询报文：

ICMP报文类型：

	--晓凡   2023年10月2日于武汉书

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