【正文】 識段用來控制TCP的流量控制、連接的建立和終止及數據的傳送方式，其包括緊急標記、確認標記、同步標記、結束標記、重連標記、請求推送標記。首部長度給出首部中32bit字的數目。序列號用來標識發(fā)端到收段發(fā)送的數據字節(jié)流，即發(fā)送序列號。 圖58 TCP報文段的格式 每個TCP段都包含源端和目的端得的端口號，用來尋找發(fā)端和收段得應用進程。 TCP協議的實現 TCP的報文段源端口目的端口序列號確認號首部長度 保留 標志窗口大小校驗和緊急指針數據TCP報文段是TCP協議封裝數據的格式。ICMP報文格式包含三個部分：8位類型字段定義了ICMP報文的出錯類型；8位代碼字段給出了這個報文類型原因；16位的校驗和字段；ICMP報文還包含IP數據報報頭及出錯的數據報的前64位數據。IP數據報IP首部ICMP報文圖56 ICMP封裝在IP數據報的內部8位類型8位代碼校驗和首部的其余部份數據ICMP報文格式如圖57。下面是用來轉發(fā)數據報的IP路由邏輯算法[19]：從數據報中提取目的IP地址A，并提取IP地址中的網絡部分Bif（B與任何與其直接相連網絡地址匹配）then 把數據報傳送給Aelse if（表中有特定的一個具體主機的一個到A的路由）then 將數據報傳遞給表中指定的下一跳else if（表中有一個到網絡B的一個路由）then 將數據報傳遞給表中指定的下一跳else if （表中包含一個默認路由）；then 將數據報傳遞給表中指定的默認路由器else通知選路出錯 ICMP報文協議的實現ICMP通常被認為IP層的一個部分，它傳遞差錯報文及一些需要注意的信息。要將數據從一個節(jié)點轉發(fā)到另一個節(jié)點，需要不斷地為每個數據確定并使用正確的路由。同時為了保證每個外發(fā)數據報的標志字段的值是唯一的，ip_send給全局變量ipackid值添加標識字段，ipackid值開始遞增。每次選路后，ip_process查看目的主機與本機是否在同一子網絡中，若在同一子網中則直接將數據報插入到輸出隊列中，否則把數據報發(fā)送給默認網關，以便送到其它網絡。遍歷網絡接口所有的輸入隊列，當輸入隊列為空時，IP進程被阻塞，一旦有其它進程把數據報放進輸入隊列中，IP進程就恢復執(zhí)行并立即檢查數據報已到達的接口；當輸入隊列不空，IP進程提取等待處理的數據報，同時初始化TTL值，驗證數據報的首部校驗和，當校驗和錯誤，整個數據報將被拋棄；不然則為該數據報選擇路由，若路由不存在，IP進程調用進程ICMP，生成并發(fā)送一個ICMP“目的不可達”的報文。對IP數據發(fā)送過程如圖55所示。校驗和是IP報頭部分計算出來的校驗和碼，若傳輸沒出現問題這個值應全是1，由于路由器經常僅將TTL減少1，因此當路由器將TTL減少1的同時給它加1，而不需要對整個IP首部進行全新的計算。在收到信包后，需要檢驗。在TCP、IP、ICMP協議中，檢驗和的算法是相同的。2．任選項： 這些選項包括：安全和處理限制、記錄路由、時間戳等等。它指定了數據報的存留時間。任何一個IP數據報都包含源IP地址和目的IP地址。標志字段是用于標識主機發(fā)送每一份數據報。除了IP選項和填充域之外，首部所有字段的長度都是一定的。版本號規(guī)定了數據報的格式。如圖54所示。若緩存表已滿，ARP表管理程序循環(huán)的方式，刪除一個舊的表項，函數apr_update()函數更新IP地址與MAC地址的對應關系,再將記錄刪除標志指針下移一個表項，以此類推進行替換。使用ARP與IP對應的ARP 表,記錄下解析的MAC 地址,以減少在一定時間內對同一IP地址的多次重復解析,從而加快TCP/IP 協議棧的運行。若收到的是ARP應答幀則會更新緩存表。處理過程如圖53。這個過程稱作廣播，ARP請求數據幀中包含目的主機IP地址，意思就是“如果你是這個IP地址的擁有者，請回答你的硬件地址”。如果有,就可以直接取出硬件地址,然后返回硬件地址，并發(fā)送該報文。 在這個模塊里ARP協議將IP地址轉換為相應的物理地址，具體過程如圖52所示。響應模塊處理來自網絡的ARP分組，并通過增加新的綁定來修改ARP表中的內容。在發(fā)送數據報時，上層協議調用請求模塊中的一個過程，將IP地址與相應的物理地址綁定。 ARP協議軟件實現 ARP協議用來完成IP地址與以太網地址之間的轉換，此此次系統設計中僅響應ARP請求和發(fā)送ARP應答。操作字段（OP）指出了4種操作類型，分別是ARP請求（值1）、ARP應答（值2），這個字段是不可缺的，因為ARP請求和應答的幀類型字段值是一樣的。硬件地址和協議地址長度分別指出硬件地址和協議地址的長度。圖51 用于以太網的ARP請求應答格式圖51中，以太網報頭的頭兩個字段是以太網的源地址、目的地址，若目的地址為全1則為廣播地址，電纜上所有的以太網接口都接收廣播數據幀，幀類型字段是用來表示后面數據的類型，ARP請求或應答，該字段的值是0x0806，硬件類型用來表示硬件地址的類型，它的值為1時表示的是以太網地址。這個協議就是地址解析協議。以太網卡的物理地址是48bit地址?？蛻舭l(fā)送QUIT命令終止連接?？蛻舳诉B續(xù)的將郵件按行發(fā)送，服務器檢測到郵件結束指示后，給予響應。若服務器準備接收，客戶端發(fā)送RCPT報文標識報文接收方，服務器返回響應。2. 建立連接在客戶端與服務器建立連接后，就可以進行報文傳輸了。若客戶端準備就緒， 客戶端個向服務器發(fā)送HELO報文，以標識發(fā)送方的身份。 1. 連接建立客戶端主動與服務器建立一條TCP連接。用戶文件系統發(fā)送SMTP接收SMTPSMTP命令郵件內容SMTP響應用戶文件SMTP的通信模型是基于TCP運輸協議的。l 可以郵件發(fā)送個一個或多個收信人。SMTP是一種簡單的基于文本的電子郵件傳輸協議[18]。SMTP協議是常用的電子郵件傳送協議。計算是為了提供額外的錯誤監(jiān)測。TCP采用滑動窗口協議來進行流量控制，以防止數據發(fā)送過快導致接收方來不及處理。這樣就知道數據是否丟失，是否重傳丟失數據。4．可靠：利用重發(fā)和流控機制來保證通信的可靠。3．字節(jié)流傳輸：TCP是面向字節(jié)流的。TCP主要特點如下[17]：1. 面向連接：使用兩個TCP的應用在發(fā)生數據傳輸之前，必須建立一個連接，而在數據傳送完后要終止連接。所以這次設計選取了TCP而不是UDP。UDP是一個簡單的快速的，但也是不可靠和無連接的。 傳輸層協議選擇及分析 TCP協議是一種提供可靠的端到端、面向字節(jié)流連接的服務。由于IP自身沒有提供差錯報告和差錯糾正機制，這就需要其他協議來完成，這就是ICMP協議。IP提供的是“盡最大努力交付的”傳輸服務，就是說IP協議盡量的發(fā)送每一個IP數據包，不隨意放棄數據包，只有在資源用盡或底層網絡出現錯誤時才有可能出現不可靠性?！安豢煽康摹卑词侵杆荒鼙ＷCIP分組成功地傳送到目的站。所有的TCP、UDP、IGMP及ICMP都是以IP數據報格式傳輸。 網絡層協議選擇及分析IP是TCP/IP最重要的組成部分，是整個協議的基礎。其可分為ARP請求和ARP響應兩種協議, 系統要實現與其它計算機的通信, 就須實現ARP響應協議, ARP請求協議在本地建立了一個IP地址與MAC地址的映像, 保證了對外通信的有的放矢。以太網上數據的傳輸是采用網絡的MAC地址來進行識別的。根據物理層的不同, 鏈路層有多種協議可以選擇。考慮到51系列單片機資源有限，在對協議的選取上我們應考慮到系統資源和保證協議在功能及機制上的完整性。通過裁減對原協議進行有選擇地實現。由于51系列單片機內部資源有限，不可能實現標準的Internet的TCP/IP協議簇，也不需要實現標準的TCP/IP協議簇。 TCP/IP協議層選擇及分析Internet網絡通信中，TCP/IP協議簇非常龐大，需要占用大量的系統資源。 6. 程序模塊化，便于資源共享，軟件的維護和升級。4．生成目標代碼質量高，程序執(zhí)行效率高。3．用C語言編寫的程序移植性好(與匯編語言比)。C語言有如下特點[10]：1．語言簡潔、緊湊，使用靈活、方便。因為用C語言比匯編具有很多的優(yōu)勢。與網絡接口電路網卡芯片串行EEPROMMCU(89C51)鍵盤模塊LED顯示模塊圖41 硬件結構框圖在系統功能的實現上，此次設計主要是在軟件上著手進行設計，對硬件設計并未深入。跟MCS51單片機的接口簡單；對于MCS51單片機來說RTLS8019AS的帶寬充裕。我們選取RTL8019AS[16]芯片實現聯網。，可各尋址64K；6片內中斷邏輯具有5個中斷源，兩個優(yōu)先級，并且每個中斷源都被設置固定的入口地址，是編程簡化；7．片內有振蕩電路，還有總線控制邏輯等。；，一個全雙工串行接口。MCS51系列單片機優(yōu)點很多，首先，應用普及，性價比高，而且形小體輕功耗低、軟硬件開發(fā)靈活方便。因此在后者上實現TCP/IP協議更具有實際意義。目前嵌入式系統按性能可大致分為兩種：RTOS+高檔32位CPU的系統和由8/16位MCU組成的系統。系統在單片機上實現嵌入式TCP/IP協議的方式上，選用“單片機+以太網網卡”方案實現，此種方案充分利用現有資源，節(jié)約成本，適合小系統的開發(fā)。實現數據的遠程傳輸。第4章 系統總體設計在本系統的解決方案中，以MCS51系列的單片機為CPU，負責TCP/IP協議棧實現的主體工作。另外，UDP也不保證數據的傳輸順序。與TCP不同，它并不提供給IP協議可靠機制、流量控制及錯誤恢復等功能。圖34 TCP連接釋放的4次握手 用戶數據報協議UDP也是IP之上的另外一個傳輸層協議。發(fā)送者經確認及被告知窗口大小來決定發(fā)送數據的多少。傳送者一次發(fā)送的數量總小于可用緩沖去，則不會引起溢出。客戶（應用程序關閉連接）發(fā)送FIN,SEQ=x接收到ACK不發(fā)送報文收到FIN發(fā)送ACK，ACK=y+2,SEQ=x+1時間服務器接收到FIN，發(fā)送ACKACK=x+1(應用程序關閉)發(fā)送FINACK=x+1,SEQ=y+1接收到ACKTCP對所有的報文采取一種簡單的格式，包括攜帶數據的報文，甚至確認和建立連接和釋放連的消息。關閉數據傳送。，即ACK報文段，用以確認FIN報文段。TCP連接釋放需要4次握手，如圖34所示步驟如下：，即FIN報文段，FIN標志置1。一個TCP連接是全雙工的，每個方向須要單獨的進行關閉。在這3個報文段的交換過程中，即3次握手過程完成連接。這是一個確認報文段。報文段2也稱為SYN+ACK文段。定義客戶端打算建立連接的愿望?？蛻舭l(fā)送SYNSEQ =x服務器接收到SYN信號發(fā)送SYN+ACKSEQ=y,ACK=x+1接收到SYN+ACK發(fā)送ACKSEQ=x+1,ACK=y+1接收到ACK時間圖33 連接建立三次握手示意圖步驟如下： 1. 客戶端發(fā)送第一個報文段，即SYN段，這個SYN報文段為報文段1。它在每一次數據傳輸前先要在通信雙方建立一條連接。當路由或目的站因為擁塞丟棄分組時，它就向分組的源站發(fā)送抑制報文。(2) 超時 為避免循環(huán)路由，每個IP數據報的TTL倒計時為0時，就丟棄該分組，同時向源站發(fā)送超時文本。為防止ICMP的無限產生和傳送，ICMP差錯報文不會產生ICMP報文。所有的IP服務器和主機都支持這個協議。自然地為保證數據的送達應該由其它模塊來完成。IP首部中包含的數據分為分片和重組提供了足夠的信息。把一份數據報分片以后，只有到達目的地后才進行重組。IP協議進行分段的原則就是，一個較長的IP分組經過一個MTU值較小的物理網絡時，會把長分組分割成較小的分組進行傳輸。任何時候IP層接受到一份要發(fā)送的IP數據報是，它要判斷向本地哪個接口發(fā)送數據，并查詢該接口獲得其（MTU最大運輸單元也稱最大數據長度），IP把MTU跟數據報長度比較。一旦獲得硬件地址，ICMP響應就傳送到路由器上，后傳到源主機。找到網關后，ARP就獲得了它的硬件地址。(4) 目標主機接收到請求后，形成ICMP響應。遠程的話，路喲器則在路由表中找該網關，然后通過ARP獲得硬件地址。(3) 在路由器上，由IP決定目標IP地址是本地地址還是遠程地址。路由用自己的硬件地址回應源主機的請求。在ARP緩存中查找符合網關記錄的IP地址。(1) 通信請求初始化時，得知目標IP地址為遠程地址。3．解析遠程IP地址ARP廣播的源主機是缺省網關的。讓源主機的IP地址和硬件地址更新它的ARP緩存。(3) 本地網上的每個主機都收到廣播并尋找與之相符的IP地址。當該IP斷定IP地址是本地時，源主機開始在ARP緩存中查找目標主機的硬件地址。映射表指的是地址解析協議高速緩存。動態(tài)是自動添加和刪除的，靜態(tài)項則是保留Cache中直至計算機重啟。1. ARP緩存ARP在緩存中保存地址映射以備用。所以在進行底層數據傳輸的時候必須將IP地址轉換為硬件地址，即介質訪問控制地址。IP地址編號只是一個邏輯地址，不是硬件地址。整個E類地址是一種不用的實驗性地址。D類地址：用于多路廣播組用戶。 C類地址：用于局域網。 B類地址：用于支持大型和中型網絡。 目前，因網絡大小不同，Internet定義了5種IP地址類型：A類、B類、C類、D類、E類。八為體由句點“.”分開，來表示為一個0~255之間的十進制書。但是為了是32位的二進制地址更簡潔和便于閱讀，通常采用點分十進制。IP地址有兩種表示形式：二進制表示和點分十進制表示。其中網絡號標識一個物理的網絡，同一個網絡上所有主機需要同一個網絡號，該號在互聯網中是唯一的；而主機號確定網絡中的一個工作端、服務器、路由器或其它TCP/IP主機。在TCP/IP協議簇中，這種標識符叫做IP地址。IP