学习笔记——数据封包拆包与协议

数据封包拆包与协议

一、Socket 发送函数详解

`send()` 函数

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ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

参数解析：

sockfd：socket 函数返回的文件描述符（旧fd）
buf：要发送的消息缓冲区
len：要发送的消息长度（字节数）
flags：发送方式标志
- 0：正常发送（阻塞）
- MSG_DONTWAIT：非阻塞发送
- MSG_OOB：发送带外数据（紧急数据）

返回值：

成功：实际发送的字节数
失败：-1

示例：

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char msg[] = "Hello Server";
int ret = send(sockfd, msg, strlen(msg), 0);
if (ret == -1) {
    perror("send failed");
}

`connect()` 函数

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int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

功能： 客户端主动连接服务器，发起 TCP 三次握手

参数解析：

sockfd：本地 socket 创建的套接字 ID
addr：目标服务器的地址信息
addrlen：地址结构体的长度

返回值：

成功：0
失败：-1

示例：

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struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8080);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100");

if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
    perror("connect failed");
}

二、网络协议分层与数据封装

数据包封装过程

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应用层数据 → TCP/UDP头部 → IP头部 → MAC头部 → 物理信号

1. MAC 头部（数据链路层）

作用：局域网内设备间的寻址
包含：源MAC地址、目标MAC地址
大小：14字节

2. IP 头部（网络层）

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struct ip_header {
    uint8_t version:4;     // IP版本（IPv4=4）
    uint8_t ihl:4;         // 头部长度
    uint8_t tos;           // 服务类型
    uint16_t total_len;    // 总长度
    uint16_t id;           // 标识符
    uint16_t frag_off;     // 分片偏移
    uint8_t ttl;           // 生存时间
    uint8_t protocol;      // 上层协议（TCP=6, UDP=17）
    uint16_t checksum;     // 校验和
    uint32_t src_addr;     // 源IP地址
    uint32_t dst_addr;     // 目标IP地址
};

关键字段解释：

ttl（生存周期）：默认64，数据每经过一个路由器减1，为0时丢弃
ip_flag：
- D：是否允许分片（0=允许，1=不允许）
- M：是不是最后一片（0=最后，1=还有）

3. TCP 头部（传输层）

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struct tcp_header {
    uint16_t src_port;     // 源端口
    uint16_t dst_port;     // 目标端口
    uint32_t seq_num;      // 序列号
    uint32_t ack_num;      // 确认号
    uint8_t data_offset:4; // 数据偏移
    uint8_t reserved:4;    // 保留位
    uint8_t flags;         // 标志位
    uint16_t window;       // 窗口大小
    uint16_t checksum;     // 校验和
    uint16_t urgent_ptr;   // 紧急指针
};

TCP 标志位：

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URG ACK PSH RST SYN FIN
↑   ↑   ↑   ↑   ↑   ↑
紧急 确认 推送 重置 同步 结束

详细解释：

A（ACK）：确认位，表示确认号有效
P（PSH）：推送位，要求立即传递数据给应用层
R（RST）：重置位，强制断开连接
S（SYN）：同步位，建立连接请求
F（FIN）：结束位，断开连接请求

4. UDP 头部

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struct udp_header {
    uint16_t src_port;     // 源端口
    uint16_t dst_port;     // 目标端口
    uint16_t length;       // UDP数据包长度
    uint16_t checksum;     // 校验和
};

TCP vs UDP：

特性	TCP	UDP
连接	面向连接	无连接
可靠性	可靠，有重传	不可靠，可能丢包
速度	较慢	较快
头部大小	20字节	8字节
应用场景	文件传输、网页浏览	视频流、DNS查询

三、Wireshark 网络抓包工具

使用步骤：

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# 1. 启动Wireshark（需要管理员权限）
sudo wireshark

# 2. 选择网络接口
#    - 本机通信：loopback
#    - 外网通信：ens33（以太网）
#    - 不确定时：any（捕获所有接口）

常用过滤条件：

wireshark

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# 按IP地址过滤
ip.addr == 192.168.1.100        # 显示该IP的所有数据包
ip.src == 192.168.1.100         # 显示该源IP的数据包
ip.dst == 192.168.1.100         # 显示该目标IP的数据包

# 按端口过滤
tcp.port == 80                  # TCP端口80（HTTP）
udp.port == 53                  # UDP端口53（DNS）
tcp.port == 443                 # TCP端口443（HTTPS）

# 按协议过滤
http                            # 只显示HTTP协议
dns                             # 只显示DNS协议
tcp                             # 只显示TCP协议

# 组合过滤
ip.addr == 192.168.1.100 and tcp.port == 80

分析TCP三次握手：

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1. [SYN]    客户端 → 服务器：我想连接
2. [SYN+ACK] 服务器 → 客户端：我准备好了，你呢？
3. [ACK]    客户端 → 服务器：我也准备好了，开始通信

四、HTTP 协议详解

HTTP 简介

用途：网页浏览数据传输
性质：应用层协议，基于 TCP
特点：无状态、请求-响应模式

WWW（万维网）

全称：World Wide Web
作用：互联网上的信息资源集合

URL（统一资源定位符）

格式：

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http://主机名:端口号/路径?查询参数#片段标识

示例：

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http://news.sohu.com:80/news/index.html?id=123#section1

默认端口：

HTTP：80（可省略）
HTTPS：443（可省略）

示例：

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http://www.example.com/           # 使用默认端口80
https://www.example.com/          # 使用默认端口443
http://www.example.com:8080/      # 指定端口8080

五、HTTP 通信步骤

1.HTTP 请求报文格式

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请求行
请求头部
空行
请求正文

2. 请求示例

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GET /index.html HTTP/1.1              ← 请求行
Host: www.example.com                 ← 请求头开始
User-Agent: Mozilla/5.0
Accept: text/html
Accept-Language: zh-CN
Accept-Encoding: gzip
Connection: keep-alive
                                        ← 空行（头部结束）
（请求正文，GET通常没有）

3、HTTP请求头字段详解

请求行

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GET /index.html?name=value HTTP/1.1
↑    ↑                    ↑
方法  资源路径+查询参数    协议版本

方法：GET（获取）、POST（提交）、PUT（更新）、DELETE（删除）
查询参数 ：?key1=value1&key2=value2

2. Host字段

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Host: news.sohu.com

作用：指定虚拟主机（一个IP多个网站）
必需：HTTP/1.1要求必须包含

3. User-Agent字段

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User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0) Chrome/142.0.0.0

作用：告诉服务器客户端信息
包含：操作系统、浏览器、版本等

4. Accept系列字段

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Accept: text/html,application/xml;q=0.9          ← 内容类型
Accept-Encoding: gzip, deflate                   ← 压缩方式
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9                  ← 语言偏好

q参数：权重值，0-1，越大优先级越高

5. Connection字段

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Connection: keep-alive

作用：控制TCP连接是否保持
keep-alive：长连接（可发送多个请求）
close：短连接（一个请求后就断开）

六、学习总结

核心知识点：

数据封装：应用层 → 传输层 → 网络层 → 链路层
TCP特性：连接、可靠、有序、流式
协议头部：理解各层协议字段含义
抓包分析：使用Wireshark调试网络程序
HTTP协议：无状态、请求-响应、基于TCP

实践建议：

使用Wireshark抓包分析自己的程序
实现简单的HTTP客户端
编写处理TCP粘包的解包函数
分析不同应用的网络协议特点

学习笔记——数据封包拆包与协议

数据封包拆包与协议

一、Socket 发送函数详解

send() 函数

connect() 函数

二、网络协议分层与数据封装

数据包封装过程

1. MAC 头部（数据链路层）

2. IP 头部（网络层）

3. TCP 头部（传输层）

4. UDP 头部

三、Wireshark 网络抓包工具

使用步骤：

常用过滤条件：

分析TCP三次握手：

四、HTTP 协议详解

HTTP 简介

WWW（万维网）

URL（统一资源定位符）

五、HTTP 通信步骤

1.HTTP 请求报文格式

2. 请求示例

3、HTTP请求头字段详解

请求行

2. Host字段

3. User-Agent字段

4. Accept系列字段

5. Connection字段

六、学习总结

核心知识点：

实践建议：

`send()` 函数

`connect()` 函数