数据包

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(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,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。
中文名
数据包
外文名
Data Packet

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数据包解释

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。 [1] 
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

数据包概述

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。 [2] 
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。
数据包捕获软件 数据包捕获软件

数据包实例

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,对于网络管理网络安全具有至关重要的意义。

数据包运用

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。
参考资料
  • 1.    (美)载伊 (美)麦克唐纳 (美)鲁菲.思科网络技术学院教程 CCNAExploration:网络基础知识.重庆:人民邮电出版社,2009年01月:12
  • 2.    刘建伟,王育民.网络安全: 技术与实践:清华大学出版社,2005
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