注：本文为 “以太网帧、IP数据报”图解相关文章合辑。
未整理去重。
以太网帧、IP数据报的图解格式（包含相关例题讲解）
Rebecca.Yan已于 2023-05-27 14:13:19 修改
一、基础知识
UDP 段、IP 数据包，以太网帧图示
通信过程中，每层协议都要加上一个数据首部（header），称为封装（Encapsulation）, 如下图所示。
不同的协议层对数据包有不同的称谓，在传输层叫做段（segment），在网络层主教座数据包（datagram）, 在链路层叫做帧（frame）。数据封装称帧后发到传输介质上，到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部，最后将应用层数据交给应用程序处理。
第三行是以太网帧数据包的基本格式。
测试环境
| 机器名 | mac | ip | port |
|---|---|---|---|
| tcp_server | 00:0c:29:8b:37:da | 10.1.2.7 | 9502 |
| tcp_client | 00:50:56:c0:00:08 | 10.1.2.1 | 12345 |
抓包 客户端向服务端发送 'hello world’
原始数据帧
00 0c 29 8b 37 da 00 50 56 c0 00 08 08 00 # Ethernet_II 格式数据帧首部
45 00 00 33 28 5b 40 00 80 06 ba 80 0a 01 02 01 0a 01 02 07 # ip 协议头
30 39 25 1e 84 a4 e6 82 cf f2 ea 28 50 18 10 0a 7b 45 00 00 # tcp 协议头
68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 # data
以太网数据帧构成
Ethernet_II 格式、数据帧首部 链路层
总长度 14B
以太网帧图示
其中，以太网首部占用 14 字节、FCS（Frame Check Sequece）(帧校验码) 长 4 个字节，用于检验数据在传输过程中数据是否出现了错误，为 CRC32 校验码。
以太网首部占用 14 字节，首位开始是目的地址占用六个字节，其次是源地址，占用 6 个字节，然后是类型占用两个字节。以太网帧除去首部 14 字节和尾部 FCS，4 字节，（共 18 字节）剩下的中间的部分就是 IP 数据报
| 字段名称 | 长度（byte） | 含义 |
|---|---|---|
| D.MAC | 6 | 接收方 MAC 地址，网络包接收方的 MAC 地址，在局域网中使用这一地址来传输网络包 |
| S.MAC | 6 | 网络包发送方 MAC 地址，接收方通过它来判断是谁发送了这个包 |
| Type | 2 | 使用的协议类型 TCP 通信中 IP 协议与 ARP 协议较常见 0000-05DC：IEEE802.3 0800：IP 协议 0806：ARP 协议 86DD：IPv6 |
以太网帧格式
| 目的 MAC 地址（6 字节） | 源 MAC 地址（6 字节） | 类型（2 字节） | 数据（45–1500 字节） | CRC |
|---|
1.IP 数据报
| 目的 MAC 地址（6B） | 源 MAC 地址（6B） | 类型 0x0800 | IP 数据包 | CRC |
|---|
2.ARP 请求应答
| 目的 MAC 地址（6B） | 源 MAC 地址（6B） | 类型 0x0806 | ARP 请求应答（28B） | CRC |
|---|
3.RARP 请求应答
| 目的 MAC 地址（6B） | 源 MAC 地址（6B） | 类型 0x0835 | RARP 请求应答 | CRC |
|---|
ICMP 协议：差错控制协议
ARP 协议：地址解析协议
实例
Ethernet_II 格式数据帧首部 14 bytes
00 0c 29 8b 37 da # 目标 MAC 地址 00:0c:29:8b:37:da
00 50 56 c0 00 08 # 源 MAC 地址 00:50:56:c0:00:08
08 00 # IP 协议
IP 协议数据包首部 网络层
总长度 20B+
IP 数据报格式如下图所示，IP 数据报文由首部（称为报头）和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共 20 字节（如图所示前五行为 IP 首部），是所有 IP 数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。
实例
ip 协议头 20 字节
4 # 协议版本 ipv4
5 # ip 协议头长度 5 * 4 = 20 字节
00 # 服务类型 000-0-0-0-0-0
00 33 # ip 包总长度 hex => dec 51 字节
28 5b # ID 号
40 00 # 标志与分片偏移量 0100 0000 0000 0000 DF 位为 1 不允许分包 偏移量为 0
80 # 生存时间 dec 128
06 # 协议号 TCP 协议
ba 80 # 头部校验和
0a 01 02 01 # 发送方 ip 10.1.2.1
0a 01 02 07 # 接收方 ip 10.1.2.7
ip 协议头 头部校验和计算方法
-
头部校验和置 0；
-
对 IP 头部中的每 16bit 进行二进制求和；
-
如果和的高 16bit 不为 0，则将和的高 16bit 和低 16bit 反复相加，直到和的高 16bit 为 0，从而获得一个 16bit 的 值；
-
将该 16bit 的值取反，存入校验和字段。
TCP 协议头 传输层
图示
总长度 20B+
实例
tcp 协议头 20 字节
30 39 # 源端口 12345
25 1e # 目的端口 9502
84 a4 e6 82 # 序列号
cf f2 ea 28 # 确认序列号
5 # 首部长度 5 * 32 / 8 = 20 bytes
0 1 8 # 000000 保留 011000 ACK=1 PSH=1
10 0a # 窗口大小 4106
7b 45 # 校验和
00 00 # URG=0 无效
传输的数据
68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 # ascii 码
hello world
附录
每一个数据包都带有下一个数据包的编号。如果下一个数据包没有收到，那么 ACK 的编号就不会发生变化。举例来说，现在收到了 4 号包，但是没有收到 5 号包。ACK 就会记录，期待收到 5 号包。过了一段时间，5 号包收到了，那么下一轮 ACK 会更新编号。如果 5 号包还是没收到，但是收到了 6 号包或 7 号包，那么 ACK 里面的编号不会变化，总是显示 5 号包。这会导致大量重复内容的 ACK。如果发送方发现收到三个连续的重复 ACK，或者超时了还没有收到任何 ACK，就会确认丢包，即 5 号包遗失了，从而再次发送这个包。通过这种机制，TCP 保证了不会有数据包丢失。
UDP 协议
例题讲解
答案：
填空1:00-80-c8-5a-e3-88
填空2:00-60-2f-87-01-03
填空3:44
填空4:20
填空5:24
填空6:140.128.100.116
填空7:140.128.99.5
填空8:63
填空9:6
填空10:tcp
(1) Client 段和 Server 段的以太网网卡 48 位地址是 [填空 1] 和 [填空 2]
根据以太网数据帧（OSI 二层）的数据包头部，分别是目的 MAC 地址（6 字节）、源 MAC 地址（6 字节）、类型（2 字节），所以根据上图 Frame#1 帧中的前 6 个字节是 Client MAC 地址，紧接着 6 个字节是 Server 端地址。
分别是：
填空 1:00-80-c8-5a-e3-88
填空 2:00-60-2f-87-01-03
(2) Frame#1 帧中封装的 IP 分组的总长度 [填空 3] 44 B
首部长度 [填空 4] 20 B
IP 数据长度 [填空 5] 24 B
Frame1 帧总长度 58 字节，由于题干说，已通过侦差错校验，所以这个以太网帧不包含 FCS 帧（4 字节） ，所以 IP 数据报的长度应该是 Frame1 帧总长度 58 字节减去以太网帧首部 14 字节，IP 分组的长度应该是 44 字节，IP 首部长度是固定不变的 20B（记下来就行）,IP 数据部分长度是 44B-20B=24B
(3) Client 段和 Server 段的 32 位 IP 地址（用点分十进制格式表示）[填空 6] 和 [填空 7]。
根据 Ip 数据包的 20 字节长度中 IP 地址的排列位置，可知源 Ip 地址（4 字节）和目的 IP 地址（4 字节）分别在 20 字节的后八个字节中。58-14-20+8=32，从 Frame#1 帧中的倒数第 32 个字节（两个 16 进制数是 1 个字节）往后数 8 个字节。
0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
IP 首部 20 个字节
58-14B（帧首部）=44 字节（IP 数据包）=20 字节（IP 首部）+24（上层数据 udp/tcp）
8c 80 63 05 # client Ip 地址 140.128.99.5
10001100 10000000 01100011 00000101
140 128 99 5
8c 80 64 74 # server IP 地址 140.128.100.116
10001100 10000000 01100100 01110100
140 128 100 116
(4) Frame#1 帧中封装的 IP 分组和生存时间值是 [填空 8] 协议字段值是 [填空 9]。# 63 6
先从 Frame#1 帧中找到生存时间值（1 个字节）对应的十六进制数，14+4+4=22，Frame#1 帧中的第 23 个字节就是 TTL 了。TTL 的十六进制数为 3f (0011 1111), 转换成十进制为 2^6-1=63
协议字段（1 字节）值的十六进制数为 06，就是十进制的 6 了。
(5) IP 分组中封装的是 [填空 10] 的数据 # tcp
由于本题建立的是 TCP 链接，所以以太网帧封装的是 TCP 段。
58-14（Frame 帧头）-20（IP 包头）=24 字节
24 字节 - 20 字节（TCP 头部长度）=4 (应用层数据)，也即是 seq（4 字节），就是 TCP 三次握手中的第一次（请求建立连接的一方）
以太网数据帧详细解析 逐字节分析
Qazink 于 2020-08-25 21:18:49 发布
详细解析以太网通信数据帧
测试环境
| 机器名 | mac | ip | port |
|---|---|---|---|
| tcp_server | 00:0c:29:8b:37:da | 10.1.2.7 | 9502 |
| tcp_client | 00:50:56:c0:00:08 | 10.1.2.1 | 12345 |
抓包 客户端向服务端发送 'hello world’
原始数据帧
00 0c 29 8b 37 da 00 50 56 c0 00 08 08 00 # Ethernet_II 格式数据帧首部
45 00 00 33 28 5b 40 00 80 06 ba 80 0a 01 02 01 0a 01 02 07 # ip 协议头
30 39 25 1e 84 a4 e6 82 cf f2 ea 28 50 18 10 0a 7b 45 00 00 # tcp 协议头
68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 # data
以太网数据帧构成
Ethernet_II 格式数据帧首部 链路层
总长度 14B
| 字段名称 | 长度 (byte) | 含义 |
|---|---|---|
| D.MAC | 6 | 接收方 MAC 地址，网络包接收方的 MAC 地址，在局域网中使用这一地址来传输网络包 |
| S.MAC | 6 | 网络包发送方的 MAC 地址，接收方通过它来判断是谁发送了这个包 |
| Type | 2 | 使用的协议类型。 TCP 通信中 IP 协议与 ARP 协议较常见 0000-05DC：IEEE 802.3 0800 ：IP 协议 0806 ：ARP 协议 86DD ：IPv6 |
实例
Ethernet_II 格式数据帧首部 14 bytes
00 0c 29 8b 37 da # 目标 MAC 地址 00:0c:29:8b:37:da
00 50 56 c0 00 08 # 源 MAC 地址 00:50:56:c0:00:08
08 00 # IP 协议
IP 协议数据包首部 网络层
总长度 20B+
| 字段名称 | 长度 (bit) | 含义 |
|---|---|---|
| 版本号 (Version) | 4 | 协议的版本一般的值为 0100（IPv4）， 0110（IPv6） |
| 头部长度（IHL） | 4 | Header Length, 描述 IP 包头的长度， 因为在 IP 包头中有变长的可选部分。 长度 = 值 * 4， 4bit 最大 ‘1111’ = 15, IP 头长度为 20 - 60 (15 * 4) 字节 |
| 服务类型（ToS） | 8 | Type of Service，服务类型 8 位 按位被如下定义 PPP DTRC0 PPP：定义包的优先级，取值越大越重要 000 普通 (Routine) 001 优先的 (Priority) 010 立即的发送 (Immediate) 011 闪电式的 (Flash) 100 比闪电还闪电式的 (Flash Override) 101 CRI/TIC/ECP (找不到这个词的翻译) 110 网间控制 (Internetwork Control) 111 网络控制 (Network Control) D 时延: 0: 普通 1: 延迟尽量小 T 吞吐量: 0: 普通 1: 流量尽量大 R 可靠性: 0: 普通 1: 可靠性尽量大 M 传输成本: 0: 普通 1: 成本尽量小 0 最后一位被保留，恒定为 0 |
| 总长度 | 16 | Total Length IP 包总长度 以字节为单位计算的 IP 包的长度 (包括头部和数据)，所以 IP 包最大长度 65535 字节 |
| ID 号 | 16 | 该字段和 Flag 和 Fragment Offest 字段联合使用，对较大的上层数据包进行分段（fragment）操作。 路由器将一个包拆分后，所有拆分开的小包被标记相同的值，以便目的端设备能够区分哪个包属于被拆分开的包的一部分。 |
| 标志（Flags） | 3 | 长度 3 比特。 该字段第一位不使用。 第二位是 DF （Don’t Fragment）位，DF 位设为 1 时表明路由器不能对该 上层数据包分段。如果一个上层数据包无法在不分段的情况 下进行转发，则路由器会丢弃该上层数据包并返回一个错误信息。 第三位是 MF（More Fragments）位，当路由器对一个上层数据包分段，则路由器会在除了最后一个分段的 IP 包 的包头中将 MF 位设为 1。 |
| 分片偏移量 | 13 | Fragment Offest 表示该 IP 包在该组分片包中位置，接收端 靠此来组装还原 IP 包。 |
| 生存时间（TTL） | 8 | 当 IP 包进行传送时，先会对该字段赋予某个特定的值。 当 IP 包经过每一个沿途的路由器的时候，每个沿途的路由器会将 IP 包的 TTL 值减少 1。 如果 TTL 减少为 0，则该 IP 包会被丢弃。 这个字段可以防止由于路由环路而导致 IP 包在网络中不停被转发。 |
| 协议号 | 8 | 标识了上层所使用的协议。以下是比较常用的协议号： 1 ICMP 2 IGMP 6 TCP 17 UDP 88 IGRP 89 OSPF |
| 头部校验和 | 16 | Header Checksum 用来做 IP 头部的正确性检测，但不包含数据部分。 因为每个 路由器要改变 TTL 的值，所以路由器会为每个通过的数据包重 新计算这个值。 |
| 发送方 IP 地址 | 32 | Source Addresses 发送方 IP 地址。除非使用 NAT，否则 整个传输的过程中，这两个地址不会改变 |
| 接收方 IP 地址 | 32 | Destination Addresses 接收方 IP 地址。除非使用 NAT，否则 整个传输的过程中，这两个地址不会改变 |
| 可选字段 | 一般测试使用 |
实例
ip 协议头 20 字节
4 # 协议版本 ipv4
5 # ip 协议头长度 5 * 4 = 20 字节
00 # 服务类型 000-0-0-0-0-0
00 33 # ip 包总长度 hex => dec 51 字节
28 5b # ID 号
40 00 # 标志与分片偏移量 0100 0000 0000 0000 DF 位为 1 不允许分包 偏移量为 0
80 # 生存时间 dec 128
06 # 协议号 TCP 协议
ba 80 # 头部校验和
0a 01 02 01 # 发送方 ip 10.1.2.1
0a 01 02 07 # 接收方 ip 10.1.2.7
ip 协议头 头部校验和计算方法
- 头部校验和置 0；
- 对 IP 头部中的每 16bit 进行二进制求和；
- 如果和的高 16bit 不为 0，则将和的高 16bit 和低 16bit 反复相加，直到和的高 16bit 为 0，从而获得一个 16bit 的 值；
- 将该 16bit 的值取反，存入校验和字段。
TCP 协议头 传输层
图示
总长度 20B+
| 字段名 | 长度 (bit) | 含义 |
|---|---|---|
| 源端口号 | 16 | 发送网络包的程序的端口号 |
| 目的端口号 | 16 | 网络包的接收方程序的端口号 |
| 序列号 seq | 32 | 发送的时候，TCP 协议为每个包编号（sequence number， 简称 SEQ），以便接收的一方按照顺序还原。万一发生丢包 ，也可以知道丢失的是哪一个包。 当前序列号 + 数据长度 = 下一个包的序列号 |
| 确认序列号 ack | 32 | 期待要收到下一个数据包的编号，ack 与 seq 搭配确保数据的 完整性，确认号只有 ACK 位为 1 时才有效。 |
| 首部长度 (数据偏移量) | 4 | 表示数据部分的起始位置，也可以认为表示头部的长度 |
| 保留 | 6 | 保留，未使用 |
| 控制位 | 6 | 该字段中的每个比特分别表示以下通信控制含义。 URG：表示紧急指针字段有效 ACK：接收数据序号字段有效，一般表示数据已被接收方接收 该位只有在连接未建立时为 0，连接建立后始终为 1 PSH：表示通过 flush 操作发送的数据，指示接收方在接收到 该报文段以后，应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是 在缓冲区排队。 RST：强制断开连接，用于异常中断的情况 SYN：同步序号，用于建立连接过程，在连接请求中发送 SYN=1 和 ACK=0， 应答 SYN=1 和 ACK=1 FIN：用于释放连接，为 1 时表示发送方已经没有数据发送了， 即关闭本方数据流。 |
| 窗口 | 16 | 接收方告知发送方窗口大小（即无需等待确认可一起发送的数据量） |
| 校验和 | 16 | 用来检查是否出现错误 |
| 紧急指针 | 16 | 只有当 URG 标志置 1 时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，和顺序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。 TCP 的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。 |
| 选项和填充 | 不定 | 最常见的可选字段是最长报文大小，又称为 MSS （Maximum Segment Size），每个连接方通常都在通 信的第一个报文段（为建立连接而设置 SYN 标志为 1 的那 个段）中指明这个选项，它表示本端所能接受的最大报 文段的长度。 选项长度不一定是 32 位的整数倍，所以要 加填充位，即在这个字段中加入额外的零，以保证 TCP 头是 32 的整数倍。 |
| 数据 | 可选 |
实例
tcp 协议头 20 字节
30 39 # 源端口 12345
25 1e # 目的端口 9502
84 a4 e6 82 # 序列号
cf f2 ea 28 # 确认序列号
5 # 首部长度 5 * 32 / 8 = 20 bytes
0 1 8 # 000000 保留 011000 ACK=1 PSH=1
10 0a # 窗口大小 4106
7b 45 # 校验和
00 00 # URG=0 无效
传输的数据
68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 # ascii 码
hello world
附录
每一个数据包都带有下一个数据包的编号。如果下一个数据包没有收到，那么 ACK 的编号就不会发生变化。
举例来说，现在收到了 4 号包，但是没有收到 5 号包。ACK 就会记录，期待收到 5 号包。过了一段时间，5 号包收到了，那么下一轮 ACK 会更新编号。
如果 5 号包还是没收到，但是收到了 6 号包或 7 号包，那么 ACK 里面的编号不会变化，总是显示 5 号包。这会导致大量重复内容的 ACK。
如果发送方发现收到三个连续的重复 ACK，或者超时了还没有收到任何 ACK，就会确认丢包，即 5 号包遗失了，从而再次发送这个包。通过这种机制，TCP 保证了不会有数据包丢失。
UDP 协议
Qazink
via:
-
以太网帧、IP数据报的图解格式（包含相关例题讲解）_以太网帧格式-CSDN博客 Rebecca.Yan 已于 2023-05-27 14:13:19 修改
https://blog.csdn.net/weixin_45440484/article/details/129667838 -
以太网数据帧详细解析 逐字节分析_以太网帧包括哪些字段?-CSDN博客 Qazink 于 2020-08-25 21:18:49 发布
https://blog.csdn.net/weixin_43197795/article/details/108229234
