Question

请问“数据包”和“数据报”有什么区别？

书上同时出现了这两个词，又没给具体的解释。最好说的详细一点。

Answer 1

★什么是数据包
“包”（Packet）是TCP/IP协议通信传输中的数据单位，一般也称“数据包”。有人说，局域网中传输的不是“帧”（Frame）吗？没错，但是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，而帧是工作在第二层（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。

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。

★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，在这里我们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。

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。

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摘自《TCP-IP详解卷1：协议》

4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7 bit，其次8～15 bit，然后1 6～23 bit，
最后是24~31 bit。这种传输次序称作big endian字节序。由于T C P / I P首部中所有的二进制整数
在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。以其他形式存储二进制整数
的机器，如little endian格式，则必须在传输数据之前把首部转换成网络字节序。
目前的协议版本号是4，因此I P有时也称作I P v 4。3 . 1 0节将对一种新版的I P协议进行讨论。
首部长度指的是首部占32 bit字的数目，包括任何选项。由于它是一个4比特字段，因此首部最长为6 0个字节。在第8章中，我们将看到这种限制使某些选项如路由记录选项在当今已没有什么用处。普通I P数据报（没有任何选择项）字段的值是5。
服务类型（TO S）字段包括一个3 bit的优先权子字段（现在已被忽略），4 bit的TO S子字段和1 bit未用位但必须置0。4 bit的TO S分别代表：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。4 bit中只能置其中1 bit。如果所有4 bit均为0，那么就意味着是一般服务。总长度字段是指整个I P数据报的长度，以字节为单位。利用首部长度字段和总长度字段，就可以知道I P数据报中数据内容的起始位置和长度。由于该字段长1 6比特，所以I P数据报最长可达6 5 5 3 5字节（回忆图2 - 5，超级通道的M T U为6 5 5 3 5。它的意思其实不是一个真正的M T U—它使用了最长的I P数据报）。当数据报被分片时，该字段的值也随着变化，这一点将在11 . 5节中进一步描述。
尽管可以传送一个长达6 5 5 3 5字节的I P数据报，但是大多数的链路层都会对它进行分片。而且，主机也要求不能接收超过5 7 6字节的数据报。由于T C P把用户数据分成若干片，因此一般来说这个限制不会影响T C P。在后面的章节中将遇到大量使用U D P的应用（ R I P，T F T P，B O O T P，D N S，以及S N M P），它们都限制用户数据报长度为5 1 2字节，小于5 7 6字节。但是，事实上现在大多数的实现（特别是那些支持网络文件系统N F S的实现）允许超过8 1 9 2字节的I P数据报。
总长度字段是I P首部中必要的内容，因为一些数据链路（如以太网）需要填充一些数据以达到最小长度。尽管以太网的最小帧长为4 6字节，但是I P数据可能会更短。如
果没有总长度字段，那么I P层就不知道4 6字节中有多少是I P数据报的内容。
标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1。在11 . 5节介绍分片和重组时再详细讨论它。同样，在讨论分片时再来分析标志字段和片偏移字段。
RFC 791 [Postel 1981a]认为标识字段应该由让IP发送数据报的上层来选择。假设有两个连续的I P数据报，其中一个是由T C P生成的，而另一个是由U D P生成的，那么它们
可能具有相同的标识字段。尽管这也可以照常工作（由重组算法来处理），但是在大多数从伯克利派生出来的系统中，每发送一个I P数据报，I P层都要把一个内核变量的值加1，不管交给IP的数据来自哪一层。内核变量的初始值根据系统引导时的时间来设置。
T T L（t i m e - t o - l i v e）生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。它指定了数据报的生存时间。T T L的初始值由源主机设置（通常为3 2或6 4），一旦经过一个处理它的路由器，它的值就减去1。当该字段的值为0时，数据报就被丢弃，并发送I C M P报文通知源主机。第8
章我们讨论Tr a c e r o u t e程序时将再回来讨论该字段。
我们已经在第1章讨论了协议字段，并在图1 - 8中示出了它如何被I P用来对数据报进行分用。根据它可以识别是哪个协议向I P传送数据。
首部检验和字段是根据I P首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。I C M P、I G M P、U D P和T C P在它们各自的首部中均含有同时覆盖首部和数据检验和码。
为了计算一份数据报的I P检验和，首先把检验和字段置为0。然后，对首部中每个16 bit进行二进制反码求和（整个首部看成是由一串16 bit的字组成），结果存在检验和字段中。当收到一份I P数据报后，同样对首部中每个16 bit进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全1。如果结果不是全1（即检验和错误），那么I P就丢弃收到的
数据报。但是不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传。
I C M P、I G M P、U D P和T C P都采用相同的检验和算法，尽管T C P和U D P除了本身的首部和数据外，在I P首部中还包含不同的字段。在RFC 1071[Braden, Borman and Patridge 1988]中有关于如何计算I n t e r n e t检验和的实现技术。由于路由器经常只修改T T L字段（减1），因此当路
由器转发一份报文时可以增加它的检验和，而不需要对I P整个首部进行重新计算。R F C1141[Mallory and Kullberg 1990]为此给出了一个很有效的方法。
但是，标准的BSD实现在转发数据报时并不是采用这种增加的办法。每一份I P数据报都包含源I P地址和目的I P地址。我们在1 . 4节中说过，它们都是32 bit的值。
最后一个字段是任选项，是数据报中的一个可变长的可选信息。目前，这些任选项定义如下：
• 安全和处理限制（用于军事领域，详细内容参见RFC 1108[Kent 1991]）
• 记录路径（让每个路由器都记下它的I P地址，见7 . 3节）
• 时间戳（让每个路由器都记下它的I P地址和时间，见7 . 4节）
• 宽松的源站选路（为数据报指定一系列必须经过的I P地址，见8 . 5节）
• 严格的源站选路（与宽松的源站选路类似，但是要求只能经过指定的这些地址，不能
经过其他的地址）。
这些选项很少被使用，并非所有的主机和路由器都支持这些选项。
选项字段一直都是以32 bit作为界限，在必要的时候插入值为0的填充字节。这样就保证
I P首部始终是32 bit的整数倍（这是首部长度字段所要求的）。

Answer 2

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