网络协议报文格式汇总.docx
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网络协议报文格式汇总
1序、2
1.1协议的概念2
1.2TCP/IP体系结构2
2链路层协议报文格式2
2.1Ethernet报文格式2
2.2802.1qVLAN数据帧（4字节）3
2.3QinQ帧格式4
2.4PPP帧格式.4
2.5STP协议格式5
2.5.1语法5
2.5.2语义6
2.5.3时序8
2.6RSTP消息格式9
2.6.1语法9
2.6.2语义11
2.6.3时序13
3网络层协议报文14
3.1IP报文头.14
3.2ARP协议报文16
3.2.1语法16
3.2.2语义17
3.2.3时序17
3.3VRRP协议报文18
3.3.1语法18
3.4BGP协议报文19
3.4.1语法19
3.4.2语义
25
1序、
1.1协议的概念
协议由语法、语义和时序三部分组成：
语法：
规定传输数据的格式；
语义：
规定所要完成的功能；
时序：
规定执行各种操作的条件、顺序关系;
1.2TCP/IP体系结构
TCP/IP协议分为四层结构，每一层完成特定的功能，包括多个协议。
本课程实验中相关协议的层次分布如附图3-1所示。
图1-1TCP/IP协议层次
RIP、OSPF.FTP屮
TCP,UDP2
IP,ARP、ICXIP^底层协议（Ethernet〉#
这些协议之间的PDU封装并不是严格按照低层PDU封装高层PDU的方式进行的，附图3-2
显示了Ethernet帧、ARP分组、IP分组、ICMP报文、TCP报文段、UDP数据报、RIP报文、OSPF报文和FTP报文之间的封装关系。
图1-2各协议PDU间的封装关系
丁空报文段a,UDP数將报4
2链路层协议报文格式
2.1Ethernet报文格式
最新的IEEE802.3标准（2002年）中定义Ethernet帧格式如下:
6
2
光亠1500
*
目的X1AC地址2
源MAC地址+
类型长度丿
数据"
FCS#
其中，类型/长度值小于1536（0x0600）时表示数据字段的长度，大于等于1536（0x0600）
时表示数据字段的协议类型。
类型/长度值0x0800表示帧中封装的数据为IP分组，类
型值0x0806表示帧中封装的数据为ARP分组。
EthernetII类型以太网帧的最小长度为64字节（6+6+2+46+4）最大长度为1518
字节（6+6+2+1500+4）。
其中前12字节分别标识出发送数据帧的源节点MAC地址
和接收数据帧的目标节点MAC地址。
（注：
ISL封装后可达1548字节，802.1Q封装后
可达1522字节）
接下来的2个字节标识出以太网帧所携带的上层数据类型，如下：
IPv4:
0x0800
ARP:
0x0806
PPPoE:
0x8864
802.1Qtag:
0x8100
IPV6:
0x86DD
MPLSLabel:
0x8847
在不定长的数据字段后是4个字节的帧校验序列（Frame.CheckSequenee,FCS
2.2802.1qVLAN数据帧（4字节）
图2-2VLAN数据帧结构
目的XUC地址心
源MAC地址心
IQugQ
类型长度门
FCSq
Bits
3
1
-
类型门|优先级匸
CFk
VL7\Nlg
Bytes6
2
46-1500
Type:
长度为2字节，取值为0x8100，表示此帧的类型为802.1QTag帧。
PRI:
长度为3比特，可取0〜7之间的值，表示帧的优先级，值越大优先级越高。
该优先级主要为QoS差分服务提供参考依据（COS。
CFI字段标识MAC地址在不同的传输介质中是否以标准格式进行封装，长度为1bit,
取值为0表示MAC地址以标准格式进行封装，为1表示以非标准格式封装，缺省取值
为0
VLANIdentifier（VID）:
长度12bits，可配置的VLANID取值范围为1〜4094。
通常vlan0和vlan4095预留，vlan1为缺省vlan，一般用于网管。
2.3QinQ帧格式
图2-3QinQ帧结构
Bytes6
4
$2
46-1500
目的MAC*地址「
瀰MAC地址『
SQ2.lQtag^
802.1Qtag^|类型长度「
数据Q|
FCSQ
2.4PPP帧格式
图2-4PPP帧格式
BitsS
S
■Vv
816
16
S+J
Flag+J
01111114
Address+J
11111112
6ritr（31+J
00000011^
ProtocoIp
8/16bitP
Infomialion*1
ldbhs^
Fl孔討
01111110^
LCP报文格式+
Code^IdentifiersLength**Data+J
Type*3
Length*1
Value-1
p
Type*21
Length*1
Valuer
p
…p
PPP报文的内容是指Address、Control、Protocol和Information四个域的内容。
各字
段的含义如下。
Flag域Flag域标识了一个物理帧的起始和结束，该字节为0x7E。
Address域PPP协议是被运用在点对点的链路上，它可以唯一标识对方。
因此使用PPP
协议互连的两个通信设备无须知道对方的数据链路层地址。
所以该字节已无任何意义，
按照协议的规定将该字节填充为全1的广播地址。
Control域同Address域一样，PPP数据帧的Control域也没有实际意义，按照协议的规定通信双方将该字节的内容填充为0x03。
Address和Control域一起表示了此报文
为PPP报文，即PPP报文头为FF03。
Protocol域协议域可用来区分PPP数据帧中信息域所承载的数据报文的内容。
悔後代码门
协谕类璽心
0021^
InternetProtocol^
8021P
InternetProtocolControlProtocol^
C02V
LinkControlProtocol*2
C02斧
PasswordAuthenticationProtocol*3
C223a
ChallengeHandshakeAuthenticationProtocols
信息域的最大长
Information域信息域最大长度是1500字节，其中包括填充域的内容。
度等于PPP协议中MR（MaximumReceiveUnit）的缺省值。
2.5STP协议格式
2.5.1语法
图2-6STP报文格式
Bvies:
6623
目的眼£地址4源躺&地址*J长度类型*LLQHMtieT*Payload有败载荷门*
Protocol10（2}^
Veraion（1>J
Type（i>
Flags
（1）*1
RoodID（8^
RootPath（4护
SenderBID砂
PortID（2>»
M-Age即
MaxAge（2弹
Hello即
FD（2Bytes）!
3
以太网报文头：
目的mac地址一目的地址是一个固定的桥的组播地址（0x0180c2000000）
源MAC地址一即发送该配置消息的桥MAC地址
长度/类型一这里表示帧长
LLCHeader—固定的链路头-0x424203
Payload—BPDU数据
BPDU数据：
ProtocolID—恒为0。
Version—恒为0。
Type—决定该帧中所包含的两种BPDU格式类型（配置BPDU或TCNBPDU。
Flags—标志活动拓朴中的变化，包含在拓朴变化通知（TopologyChange
Notifications）的下一部分中。
如下图：
STP只使用了第0和第7比特位。
RootBID—包括有根网桥的网桥ID。
会聚后的网桥网络中，所有配置BPDU中的该
字段都应该具有相同值（单个VLAN）。
NetXRay可以细分为两个BID子字段：
网桥
优先级和网桥MAC地址。
RootPathCost—通向有根网桥（RootBridge）的所有链路的积累资本。
SenderBID—创建当前BPDU的网桥BID。
对于单交换机（单个VLAN发送的所有BPDU而言，该字段值都相同，而对于交换机与交换机之间发送的BPDU而言，该字段值不
同）
PortID—每个端口值都是唯一的。
端口1/1值为0X8001,而端口1/2值为0X8002。
MessageAge—记录RootBridge生成当前BPDU起源信息的所消耗时间。
MaxAge—保存BPDU的最长时间，也反映了拓朴变化通知（TopologyChangeNotification）过程中的网桥表生存时间情况。
HelloTime—指周期性配置BPDU间的时间。
ForwardDelay—用于在Listening和Learning状态的时间，也反映了拓朴变化通
知（TopologyChangeNotification）过程中的时间情况。
2.5.2语义
常用概念：
根桥（RootBridge）:
桥ID最小的网桥。
其中桥ID是由网桥的优先级和网桥的MAC组
成
根端口（RootPort）:
这个端口到达根桥的路径是该端口所在网桥到达根桥的最佳路径。
全网中只有根桥是没有根端口的
指定端口（DesignatedPort）:
每一个网段选择到根桥最近的网桥作为指定网桥，该网桥到这一网段的端口为指定端口
可选端口（AlternatePort）:
既不是指定端口，也不是根端口的端口
Stp做了些什么：
STP在二层交换网络中选择一个根桥作为全部二层交换网络的逻辑中心（RootBridge）
STP为全网中每一个参与STP运算的交换机计算到达根桥的最短距离（PathCost）
检测二层交换网络中存在的冗余链路，并把他们置于阻断/备份状态
检测拓扑结构的变化并根据情况计算新的生成树
如何确定跟桥：
根桥一BID（网桥ID）最小的网桥定为根桥
BID—网桥的优先级+网桥MAC
网桥的优先级为可配置，缺省值为32768
在缺省情况下，根桥将由MAC地址最小的网桥担任
如何确认到根桥的PATHCOST
到根桥的PATHCOST==收到最优配置消息中的ROOTPATHCOST+攵到配置消息的该接口的开销
PathCost的两种定义标准
Speed
Linktype
802.1Dcost
802.1tcost
10Mbps
HalfDuplex
100
2,000,000
FullDuplex
95
1,999,999
Aggregatedlink
90
1,000,000
100Mbps
HalfDuplex
19
200,000
FullDuplex
18
199,999
AggregatedLink
15
100,000
1000Mbps
FullDuplex
4
20,000
AggregatedLink
3
10,000
如何决定BPDU配置消息的优劣：
比较RID（RootBridgeID），确定网络同步
RID相同，比较PathCost（到根桥距离），越小越优
RID/PathCost相同，比较指定桥的BID（DesignatedBridgeID），越小越优
RID/PathCost/DBID相同，比较指定端口的ID（DesignatedPortID），越小越优
确定网桥端口角色：
BPDC报文中总是携带网桥到根桥的最优值
通过BPDU配置消息来决定端口的角色
根端口：
网桥各个端口中到根桥最近的端口
指定端口：
网桥的端口发送的BPDC配置消息较接收的BPDC配置消息更优，则端口为指定端口
可选端口：
网桥的端口发送的BPDC配置消息较接收的BPDC配置消息更差，则端口为可选端口
STP端口状态：
disabled:
不收发任何报文
Blocking:
不接收或转发数据，接收但不发送BPDU不进行地址学习
Listening:
不接收或转发数据，接收并发送BPDC,不进行地址学习
Learning:
不接收或转发数据，接收并发送BPDU开始地址学习
Forwarding:
接收并转发数据，接收并发送BPDU进行地址学习
拓扑改变：
拓扑结构改变会使站点在生成树中的相对位置发生移动，那么网桥原来学习到的MAC也
址信息就可能变得不正确，所以学习的MAC地址信息也要有生存期，如果该时间内没
有证明地址的正确，则抛弃这条地址信息
MAC地址在STP中有两个生存期：
拓扑稳定的时候用较长的生存期
拓扑改变的时候用较短的生存期
网络拓扑发生改变的时候，并不是所有的网桥都能够发现这一变化，所以需要把拓扑改变的信息通知到整个网络
拓扑改变消息的传播：
拓扑改变的触发条件有两个：
当Forwarding端口转变为其他状态时
某端口变为Forwarding状态，且交换机具备DP（交换机为非独立交换机）
检测到拓扑变化的交换机以HelloTime为周期持续在根端口上向外发送TCN报文，至振
收到TCA为止
收到TCN后，RootBridge发送的BPDC报文中的TC位将被置位，维持时间为
ForwardDelay+MaxAge
2.5.3时序
BPDU勺结构：
STP通过BPDU（BridgeProtocolDataUnit）报文来学习网络拓扑结构；
BPDL报文的目标MAC地址为：
01-80-C2-00-00-00;
BPDC报文在直连的两个网桥或多个网桥内交换，不能被转发。
没有运行STP协议的网桥
将把BPDI报文当作普通业务报文转发；
STP定时器：
HelloTimer:
根桥生成BPDU配置消息的周期，缺省时间为2秒钟
ForwardDelay:
配置消息传播到全网的最大时延。
缺省为15秒钟
MessageAge:
从根桥生成BPDU配置消息开始，至U当前时间为止配置消息的存活时间
MaxMessageAge:
BPDU配置消息存活的最大时间
STP端口状态迁移：
图2-8STP端口迁移状态机
STP抓包截图：
图2-9STP报文抓包
□IEEE802.3EXhernet
庄Destination:
spanning-tree-（for-br1dges）_OO（01:
SO:
c2:
00:
00:
00）l±Source:
Hang2hou_07:
f2：
eO（00:
Of:
e2:
07:
f2:
:
eO）
“ngrh:
38Trailer:
0000000000000000
Framechecksequen匸电：
0x00000000[5ncorrect,shouldbe0x6bl更日五04日Logical-Link匚ontrol
dsap:
spanningTreebpdu（0x42）
IGBit:
Individual
ssap：
spanningTreebpdu（0x42）
crBit:
conrniand
[+Controlfield:
u,func=UI（0x03）
mspanningTreeProtocol
protocolidentifier:
spanningTreeProtocol（0x0000）
protocolversionidentifier:
spanningTree（0）bpduType:
匚onfiguration（0x00）
Bbpduflags:
0x00
0=Topology匚hangeAcknowledgmenr:
no
0=Topologyclnange:
no
l+jRootIdentifier:
32768/0/00:
Of:
e2:
4c:
83:
50RootPath匚ost:
0
SBridgeidentifier:
32768/0/00:
0f:
e2:
4c:
83:
50
Portidentifier:
0x8001
MessageAge:
0
MaxAge:
20
Hel1oTime:
2
ForwardDelay:
15
2.6RSTP消息格式
2.6.1语法
目的macit!
址沥取职.地址J长度类型沪LLCHeadersPayload有效载荷沪+■'
ProtocolID（2>
Version（1F
Type2
Flags（1}p
RoodID伸
RootPath（4）+j
SenderBID{&）*'
PortID（2戸
（2p
MaxAge（2^
Hello（2护
FD（2Bytes）*3
Bytes:
6
以太网报文头：
目的mac地址一目的地址是一个固定的桥的组播地址（0x0180c2000000）
源MAC地址一即发送该配置消息的桥MAC地址
长度/类型一这里表示帧长
LLCHeader—固定的链路头-0x424203
Payload—BPDU数据
BPDL数据：
ProtocolID—恒为0。
Version—恒为2。
Type—决定该帧中所包含的两种BPDU格式类型（配置BPDU或TCNBPDU。
Flags—标志活动拓朴中的变化，包含在拓朴变化通知（TopologyChange
Notifications）的下一部分中。
RootBID—包括有根网桥的网桥ID。
会聚后的网桥网络中，所有配置BPDU中的该
字段都应该具有相同值（单个VLAN）。
NetXRay可以细分为两个BID子字段：
网桥
优先级和网桥MAC地址。
RootPathCost—通向有根网桥（RootBridge）的所有链路的积累资本。
SenderBID—创建当前BPDU的网桥BID。
对于单交换机（单个VLAN发送的所有BPDU而言，该字段值都相同，而对于交换机与交换机之间发送的BPDU而言，该字段值不
同）
PortID—每个端口值都是唯一的。
端口1/1值为0X8001,而端口1/2值为0X8002。
MessageAge—记录RootBridge生成当前BPDU起源信息的所消耗时间。
MaxAge—保存BPDU的最长时间，也反映了拓朴变化通知（TopologyChangeNotification）过程中的网桥表生存时间情况。
HelloTime—指周期性配置BPDU间的时间。
ForwardDelay—用于在Listening和Learning状态的时间，也反映了拓朴变化通
知（TopologyChangeNotification）过程中的时间情况。
262语义
RSTP和STP的实现方式几乎相同，有个别地方做了改进，下面分别介绍RSTP的改进点
RSTP勺端口状态：
图2-11STP端口状态
STP端口状态小
RSTP端口状态Q
是否包括动态拓扑•
是否学习鳩兌地址*
Disabled^
Discardings
Ng
Blockings
Discarding*3
Ng
N0+3
List亡ning*3
Discardings
Nw
Learnings
Leaming41
YE畀
YE却
Forwarding*3
ForTvarding*3
YE歸
RSTP端口角色：
RootPort—根端口
DesignatedPort—指定端口
AlternatePort—可选端口
BackupPort—备份端口
相比STP的改进：
如果旧的根端口已经进入阻塞状态，而且新根端口连接的对端交换机的指定端口处于Forwarding状态，在新拓扑结构中的根端口可以立刻进入转发状态。
网络边缘的端口，即直接与终端相连，而不是和其它网桥相连的端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时。
增加了网桥之间的协商机制一Proposal/Agreement。
指定端口可以通过与相连的网桥进
行一次握手，快速进入转发状态。
其中Proposal报文为正常的BPDL报文，且ProposalBit位置位。
Agreement报文为Proposal报文的拷贝，且以AgreementBit代替ProposalBit位置位。
协商必须在点对点链路上进行。
（全双工链路）
两种端口状态不受协商机制影响：
可选端口（AlternatedPort）.
1、边缘端口（EdgePort）.
RSTP的改进效果：
第一种改进的效果：
发现拓扑改变到恢复连通性的时间可达数毫秒，并且无需传递配置消息。
第二种改进的效果：
边缘端口的状态变化不影响网络连通性，也不会造成回路，所以进入转发状态无需延时。
第三种改进的效果：
网络连通性可以在交换两个配置消息的时间内恢复，即握手的延时；
最坏的情况下，握手从网络的一边开始，扩散到网络的另一边缘的网桥，网络连通性才能恢复。
比如当网络直径为7的时候，要经过6次握手。
RSTP拓扑改变消息的传播:
回顾STP的TC:
利用TCNBPDU各拓扑变化上报到根桥
根桥通过将FLAG中的TC比特置位（持续时间ForwardDelay+MaxAge），通知所有其它交换机
图2-13STP的TC传播
TCN
RSTP的TC报文：
拓扑改变检测：
只有非边缘端口转变为Forwarding状态时，产生拓扑改
变
检测到拓扑改变后的动作：
在两倍Hello时间内向所有其它指定端口和根
端口发送TC置位BPDU报文；清除除接收到TC报文的端口之外的所有指定端
口和根端口学习的MAC地址。
不再使用TCN报报文,报文传送更直接迅速。
图2-14RSTP的TC传播
TC
802.1W与802.1D相兼容：
STP协议
RSTP的端口在三秒钟定时器后接收到STP的报文，则端口协议将切换到
切换到STP协议
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