数据帧/以太网帧，IP包，TCP包/段 相关

[cisen]

总结

• ip包是数据帧的子集，数据帧里面的数据就是ip包，所以一帧里面的ip数据包最长是46-1500字节
• ip包里面有个叫“分片偏移”和总长度，每次分片最大长度根据MTU定，获取完整的数据帧后就可以组装为完整的数据

数据帧/以太网帧

• 数据链路层
• MTU是数据帧中有效载荷的最大长度，不包括帧首部的长度，为1500字节

  帧结构

• 目的MAC，6个字节，可能为全0（没目标）或者全1
• 源MAC，6个字节
• 协议类型，2字节，IP或者ARP
• 数据46-1500字节
• CRC校验，4字节

IP包（IP Datagram/packet）

数据格式

• (1) 版本，4位，version
• • 表示IP协议的版本，IPv4（值位4）/IPv6（值为6）
• (2) 头部长度，4位，header length
• • 表示IP报头的字节长度，一般是20
• (3) 服务类型/区分服务，8位，tos
• • 用于传输拥塞时的处理
• (4) 总长度，2字节，total length
• • 表示这个IP包（包括报头和数据）的以字节位单位的总长度，因此IP包的最大长度为 2^16-1=65535 字节
• (5) 标识符（Identification），2字节
• • 跟TCP的SN一样，用于标记当前数据的序号
• (6) 标记（flag），占3位，目前只有2位有意义，Flag
• • 第一位未使用，其值为 0。
• • 第二位称为 DF（不分片），表示是否允许分片。取值为 0 时，表示允许分片；取值为 1 时，表示不允许分片。
• • 第三位称为 MF（更多分片），表示是否还有分片正在传输，设置为 0 时，表示没有更多分片需要发送，或数据报没有分片。
• (6) 片偏移（Fragment offset），13位
• • 占 13 位。当报文被分片后，该字段标记该分片在原报文中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。所以，除了最后一个分片，其他分片的偏移值都是 8 字节（64 位）的整数倍。
• (7) 生存时间（TTL/Time to live），8位
• • 表示数据报在网络中的寿命，占 8 位。该字段由发出数据报的源主机设置。其目的是防止无法交付的数据报无限制地在网络中传输，从而消耗网络资源。
• • 路由器在转发数据报之前，先把 TTL 值减 1。若 TTL 值减少到 0，则丢弃这个数据报，不再转发。因此，TTL 指明数据报在网络中最多可经过多少个路由器。TTL 的最大数值为 255。若把 TTL 的初始值设为 1，则表示这个数据报只能在本局域网中传送。
• (9) 协议，8位
• • 表示该IP包携带的数据使用什么协议，便于时目的主机的IP层知道将数据上交到谁去处理
• • ICMP:1, IGMP:2, IP:4, TCP:6, EGP:8, IGP:9, UDP:17, IPv6:41, ESP:50, OSPF:89
• (10) 首部检验和（checksum）
• • 用于校验数据报的首部，占 16 位。数据报每经过一个路由器，首部的字段都可能发生变化（如TTL），所以需要重新校验。而数据部分不发生变化，所以不用重新生成校验值。
• (11) 源地址
• • 表示数据报的源 IP 地址，占 32 位。
• (12) 目的地址
• • 表示数据报的目的 IP 地址，占 32 位。该字段用于校验发送是否正确。
• (13) 可选字段
• • 该字段用于一些可选的报头设置，主要用于测试、调试和安全的目的。这些选项包括严格源路由（数据报必须经过指定的路由）、网际时间戳（经过每个路由器时的时间戳记录）和安全限制。
• (14) 填充
• • 由于可选字段中的长度不是固定的，使用若干个 0 填充该字段，可以保证整个报头的长度是 32 位的整数倍。
• (15) 数据部分
• • 表示传输层的数据，如保存 TCP、UDP、ICMP 或 IGMP 的数据。数据部分的长度不固定。

TCP包/段

• MSS，TCP能够接收的最大长度，该值只包括TCP段的数据部分，不包括选项部分。
• • 除去IP首部20字节，再减去TCP报文段首部20字节，TCP数据不超过1460字节。

    数据包结构

• (1) 源端口号，2字节，Source Port
• (2) 目标端口，2字节，Destination port
• (3) 序号，4字节，SequenceNumber（SN）
• • 当前收到的数据包的数据的序列号的字节位置。比如SN为5表示当前包数据的第一位为整个数据的第5位
• • 通过序列号，TCP接收端可以识别出重复接收到的TCP包，从而丢弃重复包，同时对于乱序数据包也可以依靠系列号进行重排序，进而对高层提供有序的数据流
• (4) 确认序号，4字节，Acknowledgment Number（ACKN）
• • 如果下面的ACK位为1，则表示该TCP包的发送方希望接收到数据包字节所在序号
• • 比如接收端收到一个净荷为12位的数据包，包的SN为5，则接收端会回复一个确认收到的数据包。如果这个数据包之前的数据也都已经收到了，这个数据包中的ACK Number则设置为12+5=17，表示之前的数据都已经收到了，准备接受SN=17的数据包。
• • https://blog.csdn.net/a19881029/article/details/38091243/
• (5) 头部/首部长度，4位/0.5字节，Header Length
• • 指示TCP头的长度，即数据从何处开始。
• (6) 保留位，4位，Reserved
• (7) CWR(Congestion Window Reduce)
• • 拥塞窗口减少标志set by sender，用来表明它接收到了设置ECE标志的TCP包。并且sender 在收到消息之后已经通过降低发送窗口的大小来降低发送速率。
• (8) ECE(ECN Echo)
• • ECN响应标志被用来在TCP3次握手时表明一个TCP端是具备ECN功能的。在数据传输过程中也用来表明接收到的TCP包的IP头部的ECN被设置为11。注：IP头部的ECN被设置为11表明网络线路拥堵。
• (9) URG：长1位，Urgent
• • 表示紧急指针字段有效；
• (10) ACK：长1位，Acknowledgment Number（ACK）
• • 置位表示确认号字段有效；TCP协议规定，只有ACK=1时有效，也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1
• (11) PSH：长1位，Push
• • 表示当前报文需要请求推（push）操作；
• (12) RST：长1位，Reset
• • 置位表示复位TCP连接；
• (13) SYN：长1位，Synchronize Sequence Numbers（SYN）
• • 该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效
• • 在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文。对方若同意建立连接，则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1. 因此,SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。
• (14) FIN：长1位，Finish
• • 用于释放TCP连接时标识发送方比特流结束；即完，终结的意思， 用来释放一个连接。当 FIN = 1时，表明此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放连接。
• (15) 窗口大小：长度为16位，2个字节。
• (16) 校验和：长度为16位，2个字节。
• (17) 紧急指针：长度为16位，2个字节。

IPv6

• https://www.cnblogs.com/jersey/archive/2011/11/29/2267492.html

[cisen]

IPv4和IPv6

区别

首部长度

首部长度可变，IPv4首部的选项字段允许IP首部被扩展，由此导致数据报首部长度可变，故不能预先确定数据字段从何开始，同时也使路由器处理一个IP数据报所需时间差异很大(有的要处理选项，有的不需要)。基于此，IPv6采用固定40字节长度的报头长度(称基本报头)。IPv6如何实现IPv4选项字段类似的功能，答案是扩展报头，并由IPv6基本报头的下一个首部指向扩展报头(如果有的话)。路由器不处理扩展报头，提升了路由器处理效率。

分片/重组

IPv6，分片与重组只能在源与目的地上执行，不允许在中间路由器进行。分片与重组是个耗时的操作，将该功能从路由器转移到端系统，大大加快了网络中的IP转发速率。那，如果路由器收到IPv6数据报太大而不能转发到出链路上怎么办？该路由器丢弃该包，并向发送发发回一个"分组太大"的ICMP差错报文，于是发送发使用较小长度的IP数据报重发数据。

首部检查和

每个路由器上，IPv4首部检查和都需要重新计算，是一项耗时操作。加之，传输层和链接层协议执行了检验操作，网络传输可靠性提升，所以IPv6不进行首部检查和，从而更快速处理IP分组。