【计算机网络】网络层数据包（Packet）格式

发布于：2025-02-20 ⋅ 阅读:(169) ⋅ 点赞:(0)

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