數據包

包(Packet)：在包交換網絡裏，單個消息被劃分為多個數據塊，這些數據塊稱為包，它包含發送者和接收者的地址信息。這些包然後沿着不同的路徑在一個或多個網絡中傳輸，並且在目的地重新組合。 ^[1] 

名詞解釋：OSI(Open System Interconnection，開放系統互聯)模型是由國際標準化組織(ISO)定義的標準，它定義了一種分層體系結構，在其中的每一層定義了針對不同通信級別的協議。OSI模型有7層，1到7層分別是：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。OSI模型在邏輯上可分為兩個部分：低層的1至3層關注的是原始數據的傳輸；高層的4至7層關注的是網絡下的應用程序。

任意一台主機都能夠發送具有任意源地址的數據包。當數據包進行長距離的傳輸時需要經過許多中繼站。每個中繼站就是一台主機或路由器，他們基於路由信息，將數據包向下一箇中繼站傳遞。在數據傳輸的路途上，如果路由器遇到大數據流量的情況下，它可能在沒有任何提示的情況下丟掉一些數據包。較高層的協議（如TCP協議）用於處理這些問題，以便為應用程序提供一條可靠的鏈路。如果對於下一個中繼站來説數據包太大，該數據包就會被分片。也就是説，大的數據包會被分成兩個或多個小數據包，每個小數據包都有自己的IP頭，但其淨荷僅僅是大數據包淨荷的一部分。每個小數據包可以經由不同的路徑到達目的地。在傳輸的路途上，每個小數據包還可能會被繼續分片。當這些小數據包到達目標機器時，他們會被重新拼裝到一起。按照規則規定，在中間節點上，不允許對小數據包進行拼裝組合。 ^[2] 

我們可以用一個形象一些的例子對數據包的概念加以説明：我們在郵局郵寄產品時，雖然產品本身帶有自己的包裝盒，但是在郵寄的時候只用產品原包裝盒來包裝顯然是不行的。必須把內裝產品的包裝盒放到一個郵局指定的專用紙箱裏，這樣才能夠郵寄。這裏，產品包裝盒相當於數據包，裏面放着的產品相當於可用的數據，而專用紙箱就相當於幀，且一個幀中只有一個數據包。 “包”聽起來非常抽象，那麼是不是不可見的呢？通過一定技術手段，是可以感知到數據包的存在的。比如在Windows 2000 Server中，把鼠標移動到任務欄右下角的網卡圖標上(網卡需要接好雙絞線、連入網絡)，就可以看到“發送：××包，收到：××包”的提示。通過數據包捕獲軟件，也可以將數據包捕獲並加以分析。 就是用數據包捕獲軟件Iris捕獲到的數據包的界面圖，在此，大家可以很清楚地看到捕獲到的數據包的MAC地址、IP地址、協議類型端口號等細節。通過分析這些數據，網管員就可以知道網絡中到底有什麼樣的數據包在活動了。

數據包的結構：數據包的結構非常複雜，不是三言兩語能夠説清的，在這裏主要了解一下它的關鍵構成就可以了，這對於理解TCP/IP協議的通信原理是非常重要的。數據包主要由“目的IP地址”、“源IP地址”、“淨載數據”等部分構成，包括包頭和包體，包頭是固定長度，包體的長度不定，各字段長度固定，雙方的請求數據包和應答數據包的包頭結構是一致的，不同的是包體的定義。 數據包的結構與我們平常寫信非常類似，目的IP地址是説明這個數據包是要發給誰的，相當於收信人地址；源IP地址是説明這個數據包是發自哪裏的，相當於發信人地址；而淨載數據相當於信件的內容。 正是因為數據包具有這樣的結構，安裝了TCP/IP協議的計算機之間才能相互通信。我們在使用基於TCP/IP協議的網絡時，網絡中其實傳遞的就是數據包。理解數據包，對於網絡管理的網絡安全具有至關重要的意義。

簡單的説，你上網打開網頁，這個簡單的動作，就是你先發送數據包給網站，它接收到了之後，根據你發送的數據包的IP地址，返回給你網頁的數據包，也就是説，網頁的瀏覽，實際上就是數據包的交換。

1、數據鏈路層對數據幀的長度都有一個限制，也就是鏈路層所能承受的最大數據長度，這個值

稱為最大傳輸單元，即MTU。以以太網為例，這個值通常是1500字節。

2、對於IP數據包來講，也有一個長度，在IP包頭中，以16位來描述IP包的長度。一個IP包，最長可能是65535字節。

3、結合以上兩個概念，第一個重要的結論就出來了，如果IP包的大小，超過了MTU值，那麼就需要

分片，也就是把一個IP包分為多個，這個概念非常容易理解，一個載重5T的卡車，要拉10T的貨，它

當然就得分幾次來拉了。

4. IP分片是很多資料常講的內容，但是我倒是覺得分不分片其實不重要，重要的是另一個東西。一個數據包穿過一個大的網絡，它其間會穿過多個網絡，每個網絡的MTU值是不同的。我們可以設想，如果接受/發送端都是以太網，它們的MTU都是1500，我們假設發送的時候，數據包會以1500來封裝，然而，不幸的是，傳輸中有一段X.25網，它的MTU是576，這會發生什麼呢？我想，這個才是我們所關心的。

當然，結論是顯而易見的，這個數據包會被再次分片，咱開始用火車拉，到了半路，不通火車，只通汽車，那一車貨會被分為很多車……僅此而已，更重要的是，這種情況下，如果IP包被設置了“不允許分片標誌”，那會發生些什麼呢？對，數據包將被丟棄，然後收到一份ICMP不可達差錯，告訴你，需要分片！這個網絡中最小的MTU值，被稱為路徑MTU，我們應該有一種有效的手段，來發現這個值，最笨的方法或許是先用traceroute查看所有節點，然後一個個ping……

5、到了傳輸層，也會有一個最大值的限制，當然，對於只管發，其它都不管的UDP來説，不在我們討論之列。這裏説的是TCP協議。説到大小，或許會讓人想到TCP著名的滑動窗口的窗口大小，它跟收發兩端的緩存有關，這裏討論的是傳輸的最大數據包大小，所以，它也不在討論之列。

TCP的選項字段中，有一個最大報文段長度（MSS），表示了TCP傳往另一端的最大數據的長度，當一個連接建立時，連接的雙方都要通告各自的MSS，也就是説，它是與TCP的SYN標誌在一起的。當然，對於傳輸來講，總是希望MSS越大越好，超載這麼嚴重，誰家不希望多拉點貨……但是，MSS總是有個限制的，也就是它的值=MTU-IP頭長度-TCP頭長度，對於以太網來講它通常是1500-20-20=1460，雖然總是希望它能很大(如1460)，但是大多數BSD實現，它都是512的倍數，如1024……

6、回到分片上來，例如，在Win2000下執行如下命令：

"ping 192.168.0.1 -l 1473

按剛才的説法，1473+20(ip頭)+8(icmp頭)=1501，剛好大於1500，它會被分片，但是，我們關心的是：

這個數據包會被怎麼樣分法？

可以猜想，第一個包是

以太頭+IP頭+ICMP頭+1472的數據；

那第二個分片包呢？

它可以是：

以太頭+IP頭+ICMP頭+1個字節的數據

或者是：

以太頭+IP頭+1個字節的數據"(引號內的內容可否在這裏不詳細闡述，對於1473的數據如何被分為1472和1不是很清楚2010.01.15 13：50)也就是省去ICMP頭的封裝，當然，IP頭是不可以省的，否則怎麼傳輸了……

事實上，TCP/IP協議採用的是後一種封裝方式，這樣，一次可以節約8個字節的空間。IP包頭中，用了三個標誌來描述一個分片包：

1、分片標誌：如果一個包被分片了，分片標誌這個字段被置於1，最後一個分片除外；——這樣，對於接收端來講，可以根據這個標誌位做為重組的重要依據之一；

2、分片偏移標誌：光有一個標誌位説明“自己是不是分片包”是不夠的，偏移標誌位説明了自己這個分片位於原始數據報的什麼位置。很明顯，這兩個標誌一結合，就很容易重組分片包了。

3、不允許分片標誌：如果數據包強行設置了這個標誌，那麼在應該分片的時候，…… err，剛才已經説過了。