【计算机网络】网络层数据包（Packet）格式
在计算机网络中，数据包（Packet） 是网络层的协议数据单元（PDU），用于在不同网络之间传输数据。数据包的格式取决于具体的网络层协议（如 IPv4、IPv6 等）。以下是常见数据包格式的详细说明：
IPv4 数据包格式
IPv4（Internet Protocol version 4）是最常用的网络层协议，其数据包格式如下：
| 字段 | 长度（比特） | 说明 |
|---|---|---|
版本（Version） | 4 | 协议版本号，IPv4 为 4。 |
头部长度（IHL） | 4 | IPv4 头部的长度（以 32 位字为单位），最小值为 5（20 字节）。 |
生存时间（TTL） | 8 | 数据包的最大跳数，每经过一个路由器减 1，减到 0 时丢弃。 |
协议（Protocol） | 8 | 指示上层协议类型（如 TCP 为 6，UDP 为 17）。 |
头部校验和（Header Checksum） | 16 | 用于检测 IPv4 头部的传输错误。 |
源 IP 地址 | 32 | 发送方的 IP 地址。 |
目的 IP 地址 | 32 | 接收方的 IP 地址。 |
| 选项（Options） | 可变长度 | 可选字段，用于支持扩展功能（如记录路由、时间戳等）。 |
| 填充（Padding） | 可变长度 | 确保 IPv4 头部长度是 32 位的整数倍。 |
| 数据（Data） | 可变长度 | 上层协议的数据（如 TCP 或 UDP 数据段）。 |
| 服务类型（ToS） | 8 | 用于指示数据包的服务质量（QoS），包括优先级、延迟、吞吐量等。 |
| 总长度（Total Length） | 16 | 数据包的总长度（包括头部和数据，以字节为单位），最大值为 65535 字节。 |
| 标识（Identification） | 16 | 用于标识数据包，便于分片重组。 |
| 标志（Flags） | 3 | 包含 3 个标志位： - 保留位：必须为 0。 - DF（Don’t Fragment）：禁止分片。 - MF（More Fragments）：表示还有更多分片。 |
| 片偏移（Fragment Offset） | 13 | 指示当前分片在原始数据包中的位置（以 8 字节为单位）。 |
IPv4 数据包的特点
- 分片支持：如果数据包大小超过 MTU（最大传输单元），可以分片传输。
- 校验和：仅校验头部，不校验数据部分。
- 地址长度：使用 32 位 IP 地址。
** 其他网络层协议的数据包格式**
-
ICMP（Internet Control Message Protocol）
用于传递控制消息（如 ping 请求和回复）。其数据包格式包括类型、代码、校验和和数据字段。 -
ARP（Address Resolution Protocol）
用于将 IP 地址解析为 MAC 地址。其数据包格式包括硬件类型、协议类型、操作码、发送方和目标的 IP/MAC 地址。
扩展
IPv6 数据包格式
IPv6（Internet Protocol version 6）是 IPv4 的下一代协议，其数据包格式如下：
| 字段 | 长度（比特） | 说明 |
|---|---|---|
| 版本（Version） | 4 | 协议版本号，IPv6 为 6。 |
| 流量类别（Traffic Class） | 8 | 用于指示数据包的优先级和服务类型。 |
| 流标签（Flow Label） | 20 | 用于标识同一流的数据包，便于 QoS 处理。 |
| 有效载荷长度（Payload Length） | 16 | 数据部分的总长度（以字节为单位）。 |
| 下一个头部（Next Header） | 8 | 指示下一个头部的类型（如 TCP 为 6，UDP 为 17）。 |
| 跳数限制（Hop Limit） | 8 | 数据包的最大跳数，每经过一个路由器减 1，减到 0 时丢弃。 |
| 源 IP 地址 | 128 | 发送方的 IPv6 地址。 |
| 目的 IP 地址 | 128 | 接收方的 IPv6 地址。 |
| 数据（Data） | 可变长度 | 上层协议的数据（如 TCP 或 UDP 数据段）。 |
IPv6 数据包的特点
- 简化头部：固定长度为 40 字节，去除了 IPv4 中的选项和填充字段。
- 无分片：分片由发送方处理，路由器不进行分片。
- 地址长度：使用 128 位 IP 地址，解决了 IPv4 地址耗尽的问题。
- 扩展头部：通过“下一个头部”字段支持扩展功能（如路由、分片、认证等）。
** IPv4 和 IPv6 数据包的比较**
| 特性 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 地址长度 | 32 位 | 128 位 |
| 头部长度 | 可变长度（最小 20 字节） | 固定 40 字节 |
| 分片支持 | 支持（由路由器和发送方处理） | 仅支持发送方分片 |
| 校验和 | 包含头部校验和 | 无头部校验和 |
| QoS 支持 | 通过 ToS 字段实现 | 通过流量类别和流标签实现 |
| 安全性 | 依赖外部协议（如 IPsec） | 内置 IPsec 支持 |