数据包

包(Packet)是TCP/IP协议通信传输中的数据单位,一般也称“数据包”。

TCP/IP协议是工作在OSI模型第三层(网络层)、第四层(传输层)上的,帧工作在第二层(数据链路层)。上一层的内容由下一层的内容来传输,所以在局域网中,“包”是包含在“帧”里的。

包(Packet):在包交换网络里,单个消息被划分为多个数据块,这些数据块称为包,它包含发送者和接收者的地址信息。这些包然后沿着不同的路径在一个或多个网络中传输,并且在目的地重新组合。

名词解释:OSI(Open System Interconnection,开放系统互联)模型是由国际标准化组织(ISO)定义的标准,它定义了一种分层体系结构,在其中的每一层定义了针对不同通信级别的协议。OSI模型有7层,1到7层分别是:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。OSI模型在逻辑上可分为两个部分:低层的1至3层关注的是原始数据的传输;高层的4至7层关注的是网络下的应用程序。

任意一台主机都能够发送具有任意源地址的数据包。当数据包进行长距离的传输时需要经过许多中继站。每个中继站就是一台主机或路由器,他们基于路由信息,将数据包向下一个中继站传递。在数据传输的路途上,如果路由器遇到大数据流量的情况下,它可能在没有任何提示的情况下丢掉一些数据包。较高层的协议(如TCP协议)用于处理这些问题,以便为应用程序提供一条可靠的链路。如果对于下一个中继站来说数据包太大,该数据包就会被分片。也就是说,大的数据包会被分成两个或多个小数据包,每个小数据包都有自己的IP头,但其净荷仅仅是大数据包净荷的一部分。每个小数据包可以经由不同的路径到达目的地。在传输的路途上,每个小数据包还可能会被继续分片。当这些小数据包到达目标机器时,他们会被重新拼装到一起。按照规则规定,在中间节点上,不允许对小数据包进行拼装组合。

我们可以用一个形象一些的例子对数据包的概念加以说明:我们在邮局邮寄产品时,虽然产品本身带有自己的包装盒,但是在邮寄的时候只用产品原包装盒来包装显然是不行的。必须把内装产品的包装盒放到一个邮局指定的专用纸箱里,这样才能够邮寄。这里,产品包装盒相当于数据包,里面放着的产品相当于可用的数据,而专用纸箱就相当于帧,且一个帧中只有一个数据包。 “包”听起来非常抽象,那么是不是不可见的呢?通过一定技术手段,是可以感知到数据包的存在的。比如在Windows 2000 Server中,把鼠标移动到任务栏右下角的网卡图标上(网卡需要接好双绞线、连入网络),就可以看到“发送:××包,收到:××包”的提示。通过数据包捕获软件,也可以将数据包捕获并加以分析。 就是用数据包捕获软件Iris捕获到的数据包的界面图,在此,大家可以很清楚地看到捕获到的数据包的MAC地址、IP地址、协议类型端口号等细节。通过分析这些数据,网管员就可以知道网络中到底有什么样的数据包在活动了。

数据包的结构:数据包的结构非常复杂,不是三言两语能够说清的,在这里主要了解一下它的关键构成就可以了,这对于理解TCP/IP协议的通信原理是非常重要的。数据包主要由“目的IP地址”、“源IP地址”、“净载数据”等部分构成,包括包头和包体,包头是固定长度,包体的长度不定,各字段长度固定,双方的请求数据包和应答数据包的包头结构是一致的,不同的是包体的定义。 数据包的结构与我们平常写信非常类似,目的IP地址是说明这个数据包是要发给谁的,相当于收信人地址;源IP地址是说明这个数据包是发自哪里的,相当于发信人地址;而净载数据相当于信件的内容。 正是因为数据包具有这样的结构,安装了TCP/IP协议的计算机之间才能相互通信。我们在使用基于TCP/IP协议的网络时,网络中其实传递的就是数据包。理解数据包,对于网络管理的网络安全具有至关重要的意义。

简单的说,你上网打开网页,这个简单的动作,就是你先发送数据包给网站,它接收到了之后,根据你发送的数据包的IP地址,返回给你网页的数据包,也就是说,网页的浏览,实际上就是数据包的交换。

1、数据链路层对数据帧的长度都有一个限制,也就是链路层所能承受的最大数据长度,这个值

称为最大传输单元,即MTU。以以太网为例,这个值通常是1500字节。

2、对于IP数据包来讲,也有一个长度,在IP包头中,以16位来描述IP包的长度。一个IP包,最长可能是65535字节。

3、结合以上两个概念,第一个重要的结论就出来了,如果IP包的大小,超过了MTU值,那么就需要

分片,也就是把一个IP包分为多个,这个概念非常容易理解,一个载重5T的卡车,要拉10T的货,它

当然就得分几次来拉了。

4. IP分片是很多资料常讲的内容,但是我倒是觉得分不分片其实不重要,重要的是另一个东西。一个数据包穿过一个大的网络,它其间会穿过多个网络,每个网络的MTU值是不同的。我们可以设想,如果接受/发送端都是以太网,它们的MTU都是1500,我们假设发送的时候,数据包会以1500来封装,然而,不幸的是,传输中有一段X.25网,它的MTU是576,这会发生什么呢?我想,这个才是我们所关心的。

当然,结论是显而易见的,这个数据包会被再次分片,咱开始用火车拉,到了半路,不通火车,只通汽车,那一车货会被分为很多车……仅此而已,更重要的是,这种情况下,如果IP包被设置了“不允许分片标志”,那会发生些什么呢?对,数据包将被丢弃,然后收到一份ICMP不可达差错,告诉你,需要分片!这个网络中最小的MTU值,被称为路径MTU,我们应该有一种有效的手段,来发现这个值,最笨的方法或许是先用traceroute查看所有节点,然后一个个ping……

5、到了传输层,也会有一个最大值的限制,当然,对于只管发,其它都不管的UDP来说,不在我们讨论之列。这里说的是TCP协议。说到大小,或许会让人想到TCP著名的滑动窗口的窗口大小,它跟收发两端的缓存有关,这里讨论的是传输的最大数据包大小,所以,它也不在讨论之列。

TCP的选项字段中,有一个最大报文段长度(MSS),表示了TCP传往另一端的最大数据的长度,当一个连接建立时,连接的双方都要通告各自的MSS,也就是说,它是与TCP的SYN标志在一起的。当然,对于传输来讲,总是希望MSS越大越好,超载这么严重,谁家不希望多拉点货……但是,MSS总是有个限制的,也就是它的值=MTU-IP头长度-TCP头长度,对于以太网来讲它通常是1500-20-20=1460,虽然总是希望它能很大(如1460),但是大多数BSD实现,它都是512的倍数,如1024……

6、回到分片上来,例如,在Win2000下执行如下命令:

"ping 192.168.0.1 -l 1473

按刚才的说法,1473+20(ip头)+8(icmp头)=1501,刚好大于1500,它会被分片,但是,我们关心的是:

这个数据包会被怎么样分法?

可以猜想,第一个包是

以太头+IP头+ICMP头+1472的数据;

那第二个分片包呢?

它可以是:

以太头+IP头+ICMP头+1个字节的数据

或者是:

以太头+IP头+1个字节的数据"(引号内的内容可否在这里不详细阐述,对于1473的数据如何被分为1472和1不是很清楚2010.01.15 13:50)也就是省去ICMP头的封装,当然,IP头是不可以省的,否则怎么传输了……

事实上,TCP/IP协议采用的是后一种封装方式,这样,一次可以节约8个字节的空间。IP包头中,用了三个标志来描述一个分片包:

1、分片标志:如果一个包被分片了,分片标志这个字段被置于1,最后一个分片除外;——这样,对于接收端来讲,可以根据这个标志位做为重组的重要依据之一;

2、分片偏移标志:光有一个标志位说明“自己是不是分片包”是不够的,偏移标志位说明了自己这个分片位于原始数据报的什么位置。很明显,这两个标志一结合,就很容易重组分片包了。

3、不允许分片标志:如果数据包强行设置了这个标志,那么在应该分片的时候,…… err,刚才已经说过了。

相关词汇

TCP/IP协议
OSI模型
网络层
传输层
数据链路层
局域网
开放系统互联
国际标准化组织
物理层
数据链路层
传输层
会话层
表示层
原始数据
应用程序
Windows 2000 Server
网卡
双绞线
MAC地址
IP地址
端口
网络管理
网络安全
数据链路层
数据帧
链路层
最大传输单元
MTU
以太网
包头
以太网
封装
传输层
以太网
封装
TCP/IP
封装方式
包头
标志
电脑版