我們知道應用層的PDU是報文，最后變成物理層的比特流來傳播，那么一個協議的報文格式同這個報文本身是什么關系？理解一個協議的報文格式有什么作用？簡而言之，數據的發送方每層(從高層向底層下沉過程)做原始數據的封裝(Encapsulation)、編碼(Encode), 數據的接收方每層(從底層向高層上浮過程)做數據的解封裝(Decapsulation)、解碼(Decode)，最終還原出原始數據，并理解原始數據的真正含義！為了使上文的文字有血有肉，還是以一個小故事做為例子。Alice訪問知乎網站(https://www.zhihu.com)假設Alice第一個報文已經層層封裝好了，到達網卡發送緩沖區，網卡并不需要理解這個報文是什么，代表什么含義，網卡眼中只是一串0、1組成的二進制位流。網卡需要將二進制流做封裝的工作，添加以太網頭、添加以太網尾(FCS)。

• 以太網頭里的源MAC，代表自己的MAC地址，6個字節。

• 以太網頭里的目的MAC，代表接收者的MAC地址，6個字節。

• 以太網頭里的Ethetype，代表著封裝的是什么協議，這里為 0x0800，代表IP協議，2個字節。

• 以太網尾的FCS，代表著幀校驗碼，一般為CRC校驗算法，4個字節。

網卡還需要將這些0、1二進制流進行編碼，什么樣電流波形代表0，什么代表1，然后0、1二進制流就變成了在網線里傳輸的電流波形。為了使得接收方提前做好接收的準備，還需要在發這些波形前，發送8個字節(64個二進制位)的同步信號。幀與幀之間還需要時間間隙(Inter-Frame Gap)，以便于接收方識別每一個幀。Okay，將視角切換到接收方，接收方的檢測到完整的64位的同步信號，做好了接收的準備。忽略掉64同步位，開始接收第65位開始的信號，并按照解碼規范，將其解碼成0或者1，并放入接收緩沖區。在此過程中，一旦接收到完整的目的MAC地址，和自己的MAC地址相比較，如果不同，放棄接收過程。如果相同則繼續接收。接收過程一直持續到檢測到空的的時間間隙(Inter-Frame Gap)，這個幀接收完畢。網卡首先將最末尾的32位(4個字節)提取出來，按照協議規范，這個是FCS校驗碼，對接收到的幀(FCS除外)計算FCS校驗碼，看是否與提取出的FCS校驗碼相同。

• 如果相同，說明幀的是完好的，可以繼續處理。

• 如果不同，說明幀出錯，丟棄處理。

然后，網卡根據Ethetype = 0x0800，檢索是哪個軟件模塊(回調函數)負責處理這個IP協議，IP模塊將緩沖數據取走，并釋放緩沖區。IP模塊

IP模塊就可以這個圖片中的格式，對接收到的數據做報文格式合法性檢查(Sanity Check)。只要有不合法的字段，丟棄處理。比如檢查到TTL= 0，丟棄，還需要給源IP對應的主機發送ICMP出錯消息。如果一切正常，IP模塊提取出“Source IP”字段并查找路由表，進行路由選擇，找到對應的出接口，將IP報文繼續下沉到物理出接口(Outgoing Interface)，物理接口按照接口的數據鏈路層封裝類型(Ethernet /HDLC等)，完成封裝和編碼，步驟雷同。經過N多中繼路由器的接力，報文最終到達知乎服務器的IP層。IP層查找路由，發現自己就是真正的接收者，IP層提取出“Protocol”協議字段，假定“Protocol”= 0x06。IP層檢索為“Protocol”= 0x06服務的模塊為TCP模塊。?IP層將IP頭完全剝離，并將剝離掉IP頭的數據提交給TCP模塊處理。TCP模塊

TCP模塊同樣要做報文合法性檢查(Sanity Check)以及Checksum的校驗工作。如果一切正常，TCP根據提取到的五元組{, , , , }來查找TCP Session ID。

• 如果找到，將報文轉交到次Session ID處理

• 如果沒有找到，且SYN = 1, 視為新建連接，創建一個新連接

• 如果沒有找到，且SYN=0，視為非法鏈接，發Reset處理。

假設找到Session ID, 該Session ID負責該報文頭的讀取處理工作，更新滑動窗口，發送確認報文。同時依據“Destination Port”來檢索誰為該報文繼續處理。這里“Destination Port”= 443， 由TLS協議來處理，TCP剝離掉TCP頭，將剩余部分提交給TLS處理。TLS模塊如下圖所示，TLS依據“Type”字段是“Hand Shake”、“Change_Spec”、“Alert”、“Application”其中之一，可以知道是握手報文、還是應用數據報文。

假設這里“Type” = “Application”，表示這是加密的上層數據，如灰色部分所示。TLS根據TLS Session ID檢索出解密的密鑰(Session Key)、HMAC Key ，將加密數據加密出來，然后完成數據的完整性校驗工作。如果一切正常，解密出明文數據，在明文數據的頭部，有一個字段名字叫“Application Protocol”，有HTTP 1.1，HTTP 1.2，SPDY等，TLS檢索為該類型負責的模塊。假定這里為HTTP 1.2。HTTP模塊如下圖所示，http也有自己的協議格式，規范每一個字段偏移量的意義，這通常是使用TLV(Type Length Value)來完成。HTTP模塊只要將每個字段的信息提取出來，并按照協議規范的意義理解之，并做出響應的動作即可。知乎服務器看到這原來是拉取用戶主頁的請求，由于請求頁面已經嵌入了用戶的“Access Token”，完成了用戶的身份認證工作，知乎服務器將用戶的主頁按照HTTP 1.2協議格式組織好，并返回給Alice。數據需要再次從高層下沉到底層，這個過程和上浮過程是逆向的，如果理解了上浮過程，那么這個下沉過程就非常好理解！

總結

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