数据包报文格式（IP包、TCP报头、UDP报头）

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一、IP包格式

　　IP数据包是一种可变长分组，它由首部和数据负载两部分组成。首部长度一般为20-60字节（Byte），其中后40字节是可选的，长度不固定，前20字节格式为固定。数据负载部分的长度一般可变，整个IP数据包的最大长度为65535B。

1、版本号（Version）

　　　　长度为4位（bit），IP v4的值为0100，IP v6的值为0110。

2、首部长度

　　指的是IP包头长度，用4位（bit）表示，十进制值就是[0,15]，一个IP包前20个字节是必有的，后40个字节根据情况可能有可能没有。如果IP包头是20个字节，则该位应是20/4=5。

3、服务类型（Type of Service  TOS）

　　长度为8位（bit），其组成：前3位为优先级（Precedence），后4位标志位，最后1位保留未用。优先级主要用于QoS，表示从0（普通级别）到7（网络控制分组）的优先级。标志位可分别表示D（Delay更低的时延）、T（Throughput 更高的吞吐量）、R（Reliability更高的可靠性）、C（Cost 更低费用的路由）。

　　　　TOS只表示用户的请求，不具有强制性，实际应用中很少用，路由器通常忽略TOS字段。

4、总长度（Total Length）

　　指IP包总长度，用16位（bit）表示，即IP包最大长度可以达216=65535字节。在以太网中允许的最大包长为1500B，当超过网络允许的最大长度时需将过长的数据包分片。

5、标识符（Identifier）

　　长度为16位，用于数据包在分段重组时标识其序列号。将数据分段后，打包成IP包，IP包因走的路由上不同，会产生不同的到达目地的时间，到达目地的后再根据标识符进行重新组装还原。该字段要与标志、段偏移一起使用的才能达到分段组装的目标。

6、标志（Flags）

　　长度为3位，三位从左到右分别是MF、DF、未用。MF=1表示后面还有分段的数据包，MF=0表示没有更多分片（即最后一个分片）。DF=1表示路由器不能对该数据包分段，DF=0表示数据包可以被分段。

7、偏移量（Fragment Offset）

　　也称段偏移，用于标识该数据段在上层初始数据报文中的偏移量。如果某个包含分段的上层报文的IP数据包在传送时丢失，则整个一系列包含分段的上层数据包的IP包都会要求重传。

8、生存时间（TTL）

　　长度为8位，初始值由操作系统设置，每经过一个路由器转发后其值就减1，减至0后丢弃该包。这种机制可以避免数据包找不到目地时不断被转发，堵塞网络。

9、协议（Protocol）

　　　　长度为8位，标识上层所使用的协议。

10、首部校验和（Header Checksum）

　　长度为16位，首部检验和只对IP数据包首部进行校验，不包含数据部分。数据包每经过一个中间节点都要重新计算首部校验和，对首都进行检验。

11、源IP地址（Source IP）

　　　　长度为32位，表示数据发送的主机IP。

12、目的IP地址（Destination IP）

　　　　长度为32位，表示数据要接收的主机IP。

13、选项字段（Options）

　　长度为0-40字节（Byte），主要有：安全和处理限制（Security）、记录路径（Record Route）、时间戳（Timestamps）、宽松源站选路（Loose Source Routing）、严格的源站选路（Strict Source Routing）等。

二、TCP报文

　　TCP报文由首部和数据两部分组成。首部一般由20-60字节（Byte）构成，长度可变。其中前20B格式固定，后40B为可选。

　　因为，TCP报文还得传给下层网络层，封装成IP包，而一个IP包最大长度为65535，同时IP包首部也包含最少20B，所以一个IP包或TCP包可以包含的数据部分最大长度为65535-20-20=65495B。

　　TCP报文中数据部分是可选的，即TCP报文可以不包含数据（同理IP包也可以不包含数据）。不含数据的TCP报文通常是一些确认和控制信息类的报文，如TCP建立连接时的三次握手和TCP终止时的四次挥手等。

1、源端口号（Source Port）

　　　　长度为16位，指明发送数据的进程。

2、目的端口号（Destination Port）

　　　　长度为16位，指明目的主机接收数据的进程。

3、序号（Sequence Number）

　　也称为序列号，长度为32位，序号用来标识从TCP发送端向接入端发送的数据字节流进行编号，可以理解成对字节流的计数。

4、确认号（Acknowledgement Number）

　　长度为32位，确认号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。确认号只有在ACK标志为1时才有效。

5、首部长度

　　长度为4位，用于表示TCP报文首部的长度。用4位（bit）表示，十进制值就是[0,15]，一个TCP报文前20个字节是必有的，后40个字节根据情况可能有可能没有。如果TCP报文首部是20个字节，则该位应是20/4=5。

6、保留位（Reserved）

　　　　长度为6位，必须是0，它是为将来定义新用途保留的。

7、标志（Code Bits）

　　　　长度为6位，在TCP报文中不管是握手还是挥手还是传数据等，这6位标志都很重要。6位从左到右依次为：

• • • URG：紧急标志位，说明紧急指针有效；

    • ACK：确认标志位，多数情况下空，说明确认序号有效；

    • PSH：推标志位，置位时表示接收方应立即请求将报文交给应用层；

    • RST：复位标志，用于重建一个已经混乱的连接；

    • SYN：同步标志，该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效

    • FIN：结束标志，带该标志位的数据包用于结束一个TCP会话。

8、窗口大小（Window Size）

　　　　长度为16位，TCP流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供。

9、检验和（Checksum）

　　长度为16位，该字段覆盖整个TCP报文端，是个强制性的字段，是由发送端计算和存储，到接收端后，由接收端进行验证。

10、紧急指针（Urgent Pointer）

　　　　长度为16位，指向数据中优先部分的最后一个字节，通知接收方紧急数据的长度，该字段在URG标志置位时有效。

11、选项（Options）

　　长度为0-40B（字节），必须以4B为单位变化，必要时可以填充0。通常包含：最长报文大小（MaximumSegment Size，MSS）、窗口扩大选项、时间戳选项、选择性确认（Selective ACKnowlegement，SACK）等。

12、数据

三、UDP数据段

　　UDP数据段格式比较简单，如下：

　　UDP数据报由首部和数据两部分组成，其中首部只有8B（字节）。

1、源端口号（Source Port）

　　　　长度为16位，指明发送数据的进程。

2、目的端口号（Destination Port）

　　　　长度为16位，指明目的主机接收数据的进程。

3、长度

　　　　长度为16位，该字段值为报头和数据两部分的总字节数。

4、检验和（Checksum）

　　　　长度为16位，UDP检验和作用于UDP报头和UDP数据的所有位。由发送端计算和存储，由接收端校验。

5、数据