TCP/IP 报文格式（IP数据包、TCP报头、UDP报头）

一、IP包格式

IP数据包，是一种可以变长的分组，由首部与数据负载组成。首部长度为20-60字节（Byte），后40字节是可选的，但长度不固定，前20字节格式为固定。数据负载部分的长度一般可变。

1、 版本
长度为4位，指IP协议的版本.通信双方使用的IP协议版本必须一致。目前广泛使用的 IP协议版本号为 4 (即 IPv4)。IPv6 目前还处于起步阶段。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，占 4 位,可表示的最大十进制数值是15。请注意,这个字段所表示数的单位是32位字 (1个32位字长是4 字节)，因此，当 IP 的首部长度为 1111 时 (即十进制的 15)，首部长度就达到 60字节。当 IP 分组的首部长度不是4字节的整数倍时，必须利用最后的填充字段加以填充.因此数据部分永远在 4字节的整数倍开始,这样在实现 IP协议时较为方便。首部长度限制为 60字节的缺点是有时可能不够用.这样做的目的是希望用户尽量减少开销.最常用的首部长度就是 20 字节 (即首部长度为 0101),这时不使用任何选项。
3、服务
占 8 位，用来获得更好的服务。这个字段在旧标准中叫做服务类型，但实际上一直没有被使用过。1998年IETF把这个字段改名为区分服务 DS(Differentiated Services)。只有在使用区分服务时，这个字段才起作用。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）。
4、总长度
总长度指首都及数据之和的长度,单位为字节.因为总长度字段为 16位,所以数据报的最大长度为 216-1=65 535字节.在IP层下面的每一种数据链路层都有自己的帧格式,其中包括帧格式中的数据字段的最大长度,即最大传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit).当一个数据报封装成链路层的帧时,此数据报的总长度 (即首部加上数据部分)一定不能超过下面的数据链路层的MTU值,否则要分片.
5、标识 (Identification)
占 16位.IP软件在存储器中维持一个计数器,每产生一个数据报,计数器就加 1,并将此值赋给标识字段.但这个"标识"并不是序号,因为 IP是无连接的服务,数据报不存在按序接收的问题.当数据报由于长度超过网络的 MTU 而必须分片时,这个标识字段的值就被复制到所有的数据报的标识字段中.相同的标识字段的值使分片后的各数据报片最后能正确地重装成为原来的数据报.
6、标志 (Flag)
长度为3 位,但目前只有2位有意义. 标志字段中的最低位记为 MF(More Fragment).MF=1即表示后面"还有分片"的数据报.MF=0表示这已是若干数据报片中的最后一个.标志字段中间的一位记为DF(Don’t Fragment),意思是"不能分片",只有当 DF=0时才允许分片.
7、片偏移
占 13位。也称段偏移，较长的分组在分片后,某片在原分组中的相对位置.也就是说,相对用户数据字段的起点,该片从何处开始。片偏移以 8个字节为偏移单位,这就是说,每个分片的长度一定是 8字节(64位)的整数倍。
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）
占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。因为数据包每经过一个路由器都要重新计算首部校验和， (一些字段,如生存时间,标志,片偏移等都可能发生变化)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）
16位的源端口字段包含初始化通信的端口号。源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址。

2、目的端口号（Destination Port）
　16位的目的端口字段定义传输的目的。这个端口指明接收方计算机上的应用程序接口。

3、序列号（Sequence Number）
该字段用来标识TCP源端设备向目的端设备发送的字节流，它表示在这个报文段中的第几个数据字节。序列号是一个32位的数。

4、确认号（Acknowledge Number）
　　TCP使用32位的确认号字段标识期望收到的下一个段的第一个字节，并声明此前的所有数据已经正确无误地收到，因此，确认号应该是上次已成功收到的数据字节序列号加1。收到确认号的源计算机会知道特定的段已经被收到。确认号的字段只在ACK标志被设置时才有效。
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：
1.
• 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； 取1时表示应答字段有效，也即TCP应答号将包含在TCP段中，为0则反之。
• 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，用来复位产生错误的连接，也会用来拒绝错误和非法的数据包。
• 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，表示发送端已经发送到数据末尾，数据传送完成，发送FIN标志位的TCP段，连接将被断开。
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
可选报文段数据部分。

三、UDP报头

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