網絡數據包是通過網絡傳輸的基本數據單位計算機網絡通常是分組交換網絡，如因特網。在文件、圖像、視頻或電子郵件等數據通過網絡傳輸之前，它們首先被分成數據包。到達目的地后，數據包將被重新組裝以形成原始內容。為了實現這一點，它們包含相關的地址信息，有助于識別消息的發送者和預定接收者，從而確保消息傳遞而不會使網絡過載。

在internet上，多個數據包可以通過不同的路徑到達同一個目的地，并且彼此獨立處理。這種方法被稱為包交換技術，使網絡設備能夠同時處理多個連接。它還能讓數十億臺設備同時通過互聯網相互交換數據。

網絡數據包如何工作以及如何通過互聯網發送

每個網絡數據包都使用到達目的地的最佳路由。這意味著，即使是同一消息中的相鄰數據包也可能遵循不同的路徑，因為最佳路由會不斷變化。這使得網絡流量在平衡各種設備的負載方面更加高效。例如，如果一臺路由器嚴重擁擠在消息傳輸過程中，可以將數據包重定向到不同的路徑，以確保整個消息到達其目的地。然而，這也意味著數據包有時會無序到達，在傳輸中丟失或由于意外重傳而被復制。

每個數據包都是要通過互聯網從源發送到目的地的較大消息的一小部分。它包含某些內容，稱為它的有效載荷以及關于這些內容的信息，放在稱為數據包標題。報頭放在數據包的前面。這使得能夠接收路由器或交換機要知道包從哪里來(源)，怎么處理，送到哪里(目的)。因此，在它的旅程中，每個數據包都要經歷包裝,這在它向目的地行進時向它添加信息，并標記它的開始和結束位置。

中間路由器或交換機將每個數據包發送到目的地，而接收方路由器或交換機重組所有數據包以顯示完整的信息。中間設備使用分組交換，這是一種彼此獨立處理分組的方法。這可以防止少數大型傳輸控制網絡。它還使多個設備能夠在同一網絡上同時相互通信，而不必等待，也不會遭受通信質量或速度的任何惡化。

為什么使用數據包？

底層網絡結構和草案用于規定可以支持的數據包大小和結構。一般來說，今天的大多數網絡都運行在傳輸控制協議協議棧，使連接到互聯網的設備能夠通過不同的網絡相互通信。這是數據包進來的地方。

數據包用于高效可靠的數據傳輸。代替傳輸一個大文件作為單個數據塊，以更小的數據包發送可以提高傳輸速率，還可以增加消息成功傳遞的可能性。雖然不使用數據包傳輸數據是可能的，但如果不先將數據分成更小的數據段就發送數據是非常不切實際和耗時的。

數據包還使多臺計算機能夠共享同一個連接。例如，同一臺服務器可以同時向多臺計算機傳輸不同的文件。這種靈活性意味著不同類型的數據可以在同一網絡上同時傳輸，而不會丟失數據。

使用數據包還有其他好處:

• 數據包使用現有最佳路線為了送貨。這使得它們能夠被路由通過網絡的擁塞部分，而不會在特定點減慢它們的速度。如果某條路徑不可用或擁塞，重新路由會增加數據包正確到達目的地的可能性。
• 可以動態選擇不同的路徑，并根據當前的網絡條件將數據包路由到目的地。這個過程被稱為包交換技術，減少網絡擁塞，提高網絡可靠性。
• 如果出現錯誤，可以存儲數據包，稍后重新傳輸。
• 數據包報頭可以包含使路由器能夠識別和重傳丟失數據包的信息。這促進了數據完整性并將數據丟失的可能性降至最低。
• 為了確保安全傳遞，可以對數據包進行加密。
• 與其它方法相比，分組交換是一種經濟高效的數據傳輸方法，例如線路轉接。后者需要發送方和接收方之間的專用通道，這增加了成本。此外，線路可能在傳輸之間保持空閑，導致浪費帶寬。由于這些原因，在傳輸數據時，分組交換優于電路交換。

IPv4中網絡數據包的組成部分

IPv4是使用最廣泛的互聯網協議版本。它包含了一組使設備能夠連接到互聯網的規則，每個連接設備都分配有一個唯一的32位標識符，稱為國際電腦互聯網地址。當數據在設備之間發送時，網絡數據包包含兩臺設備的IP地址。路由器和交換機使用這些信息通過網絡將數據包從源設備路由到目的設備。

在IPv4中，網絡數據包在功能上類似于郵政包裹。每個數據包可以包含三個部分:數據包報頭、有效載荷和報尾。報頭類似于信封，有效載荷類似于里面的內容，而報尾相當于簽名。

數據包標題

報頭是數據包的開始或前端部分。它包含與數據包中的數據相關的指令和識別信息，如數據包的起始IP地址、目的IP地址和內容。任何處理或接收設備(如路由器或交換機)都會首先看到報頭，這使得它能夠正確地定向數據包到達預定的目的地。

IPv4協議報頭中包含以下字段:

• 版本。該字段指示IP版本(v4)。
• 互聯網報頭長度。IHL是internet報頭的長度，以32位為增量，指向數據的開頭。這是一個4位字段。
• 服務類型。該8位字段標記數據包，以指示服務質量渴望。
• 總長度。這是以八位字節計量的數據報長度，包括互聯網報頭和數據。這個16位字段允許數據報的長度達到65，535個八位字節。
• 身份證明。發送方分配一個16位標識值來幫助組裝數據報的片段。
• 旗幟。這些是用于分段的各種控制標志。標志的第一位總是設置為0。
• 碎片偏移量。該13位字段指示該片段屬于數據報中的何處。碎片偏移量以八個二進制八位數或64位為單位進行測量。第一個片段的偏移量為零。
• 生存時間。這晶體管-晶體管邏輯。該字段指示IP數據包在被丟棄之前允許保留在網絡中的最長時間。需要它來防止數據包永遠循環。數據包每通過一個路由器，TTL字段就減一。一旦該字段包含值0，數據包就會被丟棄。
• 協議。該8位字段指示數據包數據部分中使用的下一層協議。
• 報頭校驗和。 A 校驗和接收器使用它來檢測數據包報頭中的任何損壞或錯誤。這是一個16位的字段。
• 源地址。這是32位源IP地址。
• 目的地地址。這是32位目的IP地址。
• 選項。這個字段是可選的，它的長度是可變的。源路由選項就是一個例子，其中發送者請求某個路由路徑。如果某個選項的長度不是32位，它會在剩余的位中使用填充選項，使報頭成為整數個4字節的塊。

有效載荷

IP數據包有效負載是數據包傳送到目的地的數據。該數據可以是電子郵件、網頁、視頻或其他形式的數字媒體的內容。接收設備根據使用的協議。有效載荷用0位填充，以確保數據包在32位邊界結束。這確保了網絡硬件對數據包的高效處理。

拖車

有時，某些網絡協議還會在數據包上附加一個結尾部分或尾部。IP數據包不包含報尾，但是以太網幀則不然，要么表示包的結束，要么執行糾錯。

IPv6中的網絡數據包

IPv6是IPv4的較新版本。當IPv4在20世紀80年代初開發出來時，很難想象世界會完全耗盡它的430萬個地址。其后繼者IPv6的工作始于1994年，但直到最近才開始普及。IPv6是IPv4的更簡化版本，通過消除很少使用或不必要的字段，為實時流量提供了更好的支持。這兩者并存，因為IPv4仍然被用來路由今天的互聯網流量。截至2025年1月，谷歌報告稱，其流量的42.75%通過IPv6連接發生。

數據包的結構IPv6和IPv4有所不同。值得注意的是，IPv6數據包報頭包含更多字段，因為IPv6地址比IPv4地址大四倍。IPv6數據包中的報頭字段如下:

• 版本。該4位字段指示IP版本(IPv6)。比特序列是0110。
• 交通類。該字段指示數據包優先級，以便路由器正確處理它。如果出現網絡擁塞，優先級最低的數據包將被丟棄，以防止目的地被過量的數據淹沒。流量類別是一個8位字段，0至7位分配給擁塞控制流量。
• 流動標簽。源設備使用20位流標簽來控制數據包流，并請求中間設備進行特殊處理IPv6路由器。通過用非零值標記數據包來控制流量。
• 有效負載長度。該16位字段指示有效載荷大小，即特定包的有效載荷中包含的信息量.
• 下一個標題。這定義了緊跟在IPv6報頭之后的擴展報頭。該字段包含8位。
• 跳躍極限。 該字段與IPv4中的TTL相同，指示有多少個中間路由器數據包在被丟棄之前會被允許傳輸。
• 源地址。與IPv4一樣，該字段表示數據包來源的128位IP地址。
• 目的地地址。這表示數據包的目的地。在IPv6中，源地址和目的地址字段的長度都是128位。

除了報頭之外，IPv6分組還可以包含認證報頭(AH)和封裝安全有效載荷(ESP)。AH -在IPv6中引入，因此在IPv4中不存在-為IP數據報提供數據源驗證。它還計算有效負載的完整性檢查值，以防止重放攻擊。ESH對IPv6數據包的有效載荷進行加密，以增加其機密性并確保其私密性。

什么是丟包？

顧名思義，數據包丟失指數據包在網絡中丟失，并且從未到達其預期目的地的情況。數據包丟失表示為丟失的數據包占發送的數據包總數的百分比。

分組丟失可以導致性能問題在數字通信中。例如，用戶可能會失去網絡連接或服務速度慢，或者他們可能接收不完整的數據，如無法理解的文本、跳過的視頻或丟失的圖像。這些問題會影響用戶體驗，擾亂依賴互聯網的業務運營。在某些情況下，數據包丟失可能會產生后門，威脅參與者可以利用這些后門未經授權訪問網絡并竊取敏感或關鍵任務數據。

數據包丟失有多種原因:

• 網絡擁塞。
• 數據傳輸錯誤。
• 使用過時的網絡硬件。
• 出現故障或有問題的軟件。
• 拒絕服務(磁盤操作系統)攻擊。

最大限度減少數據包丟失的一種方法是增加網絡帶寬，尤其是在網絡擁塞時。簡化交通流量的技術，例如深度數據包檢測，也可以減少擁堵。更新硬件和軟件以及使用有線連接代替無線連接也可以減少數據包丟失的情況。

分組交換與電路交換

在電信領域，電路交換和分組交換都是互連通信設備的常用方法。然而，它們實現這一點的方式不同。分組交換用于將數據分組，以便通過數字網絡傳輸。這是一種有效的方式來處理傳輸無連接傳輸模式網絡，如互聯網。

另一方面，電路交換傳輸用于語音網絡。在電路交換中，與分組交換一樣，網絡中的線路由許多用戶共享。但是，在連接期間，每個連接都需要一條專用路徑。

下面重點介紹了這兩種技術的主要優點和缺點。

包交換技術

• 它是一種無連接服務，不需要發送方和接收方之間的專用路徑。
• 由于沒有專用連接，分組交換不能用于要求很少延遲的應用更高的服務質量，如語音。
• 每個數據包都攜帶相關信息，如源、目的地和協議標識符，這些信息有助于數據包選擇到達目的地的最佳可用路徑，從而最大限度地提高傳遞的可能性。
• 在分組交換網絡中，將數據分組為分組能夠實現不同網絡和設備之間的互操作性。例如，包交換網絡(如以太網)中的主機可以發送穿過其局域網的數據，而不知道目的地的任何信息局域網或其局域網和目的局域網之間的任何設備或網絡。
• 雖然分組交換網絡不能保證可靠的傳輸，但它們確實能最大限度地降低數據丟失的風險，因為接收設備可以在檢測到丟失的分組時請求它，然后始發設備可以重新發送它。
• 不需要提前預留帶寬，也不需要建立呼叫。
• 分組交換中使用的協議很復雜。
• 如果強有力的安全措施，如加密、防火墻、認證(設備和用戶)和訪問控制列表，則連接可能是不安全的，從而使分組暴露于截取、訪問甚至篡改的風險中。還可能出現其他問題，例如中間人攻擊、DoS攻擊和數據泄露。

電路交換

• 它會預先保留整個帶寬，因此數據傳輸需要建立連接。
• 保留的帶寬提高了連接的質量網路性能因為減少了擁擠。
• 在數據可以在源和目的地之間傳輸之前，它需要一條專用的路徑，這使得它適合于長時間和連續的通信應用，例如語音。
• 同時，電路交換的專用性質使得即使在信道空閑時也不可能傳輸其它數據。例如，即使沒有數據傳輸，鏈接仍然保持，直到被用戶終止。
• 結果，帶寬被浪費了，因為在擁塞期間，其他發送者不能使用相同的路徑。
• 電路交換是完全透明的；發送方和接收方可以使用任何比特率格式或成幀方法。
• 它不如分組交換可靠，因為它沒有辦法重新發送丟失的分組。