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Overview [1]

协议数据单元 Protocol Data Unit (PDU) 是应用于OSI模型中的数据结构,在OSI模型中每一层都会被添加一个header,tailer进行封装,header, tailer加原始报文的组合就是PDU。

在每层中,PDU的名称都是不同的,这也是很多人的疑问,一会数据报文称为数据包,一会数据报文成为数据帧,该文介绍网络中的单元,以了解之间的区别

物理层

物理层数据的呈现方式是以 “位” (bit) 为单位的,即0 1,在该层中数据以二进制形式进行传输

数据链路层 [2]

到达数据链路层,实际上可以说进入了TCP/IP栈对底层,而该层的单位为 ”帧“ (frame),该层中,MAC地址会被封装到数据包中,比如以太网帧,PPP帧都是指该层的数据包

该层中数据帧包含:

  • 源MAC
  • 目的MAC
  • 数据,由网络层给出的
  • 数据的总长度
  • 校验序列

网络层 [3]

在网络层中协议数据单元被称为数据 “包" (package) ,是网络间节点通讯的基本单位。该层中IP地址会被封装到数据包内。

该层中数据包包含:

  • 标头:源IP,目的IP,协议,数据包编号,帮助数据包匹配网络的位
  • payload:数据包的主体
  • 标尾:包含几个位,用于告知已到达数据包的末尾与错误检查(循环冗余检查 (CRC))

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图:数据包组成
Source:https://computer.howstuffworks.com/question525.htm

例如一个电子邮件,假设电子邮件大小尾3500bit,发送时使用1024的固定大小数据包进行发送,那么每个数据包标头为 96bits,标尾为 32bit,剩余 896bits 将用于实际的数据大小。这里为3500bits,会被分为4个数据包,前三个数据包为 896bits,最后一个数据包大小为 812bits。接收端会根据包编号进行解包重组

传输层

Segment

在传输层TCP协议的协议数据单元被称为 ”段“ (Segment) ,上面讲到,IP数据包会以固定大小的数据包进行发送,如果超出大小的会被划分为多个数据包,每个数据包的碎片就被称之为Segment

数据包分割通常会发生在该层,当发生下列场景时会需要分段

  • 数据包大于网络支持的最大传输单元 (MTU)
  • 网络不可靠,将数据包分为更小的包

datagram [4]

在传输层UDP协议的协议数据单元被称为 ”数据报“ (datagram) ,datagram是一种逐层增加的设计,用于无连接通讯

下图是一个UDP数据报被封装位一个IP数据包:IPv4字段值位17 表示udp协议

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图:udp的IP包
Source:https://notes.shichao.io/tcpv1/ch10

对于udp数据报的组成包含header与payload,udp的header大小为固定的8字节

  • 源端口:可选
  • 目的端口:识别接收信息的进程
  • Length:udp header + udp payload的长度,最小值为8
  • checksum:与lenght一样其实是多余的,因为第三层包含了这两个信息

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图:udp数据报组成
Source:https://notes.shichao.io/tcpv1/ch10

Notes:使用UDP时应注意避免分段,例如帧中MTU为 1500 字节,假设 IPv4 header为 20 字节,UDP header 为 8 字节,则应用程序最多为数据留下 1472 字节以避免碎片

数据

对于传输层之上,协议数据单元没有特定的名词,可以统称为协议数据单元或者数据,整个PDU分层结构图如下图所示,其中 T 表示 Trailer,H 表示 Header,通常H包含源地址和目的地址及一些用于管理通信的控制信息。T含错误检查之类的信息或标志 PDU 结束的字段。

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图:PDU分层结构图
Source:http://www.telecomworld101.com/Intro2dcRev2/page108.html

Notes:每层的数据字段都由上一层PDU组成,通常情况下,每层只知道自己该层的信息,如网络层仅知道对端网络层,而不知道数据链路层或传输层

Reference

[1] Protocol Data Unit

[2] difference between segments packets and frames

[3] What is a packet?

[4] User Datagram Protocol (UDP) and IP Fragmentation

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链接:为什么网络是分层的

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