1. 概述
在日常通信中，我们人类通过语言、表情、手势等方式传递信息。而在计算机网络中，通信的本质同样是信息的传递，只不过这些信息被封装成结构化的数据包（Packet）在网络中传输。
在网络通信中，数据包通常由 Header（头部）、Payload（有效载荷） 和 Overhead（开销） 三部分组成。理解这三者的关系，有助于我们更深入地掌握网络协议的运作机制，也能在实际开发中帮助我们优化网络性能、排查问题。
2. 网络通信的基本模型
计算机网络通信的核心是 端到端的数据传输。发送方将信息封装成数据包，接收方解析并处理这些数据包。为了保证数据能准确送达，每个数据包都需要携带一些控制信息，比如：
- 源地址与目标地址
- 数据长度
- 校验信息
- 协议版本等
这些控制信息由网络协议定义，通常以 Header 的形式嵌入数据包中。
3. 数据包的基本结构
一个标准的数据包通常由以下几个部分组成：
- Header（头部）：包含协议控制信息，用于指导数据包在网络中的传输。
- Payload（有效载荷）：真正的业务数据，即通信双方要交换的内容。
- Trailer（尾部）：某些协议中包含，用于校验或标记数据结束。
下面这张图展示了一个典型的 UDP over IPv4 数据包结构：
图中可以看到，UDP 头部位于 IPv4 头部之后，而 UDP 的 payload 才是我们真正要发送的数据内容。
4. Header（头部）
Header 是数据包的“导航系统”。它包含了网络通信所需的关键元数据，如地址、端口号、数据长度、校验和等。
不同的协议有不同的头部格式。例如：
| 协议 | 所属层级（OSI） | 头部大小 |
|---|---|---|
| Ethernet | 数据链路层（L2） | 14 字节 |
| ARP | 数据链路层（L2） | 28 字节（常见） |
| IPv4 | 网络层（L3） | 20~60 字节 |
| IPv6 | 网络层（L3） | 固定 40 字节 |
| TCP | 传输层（L4） | 20~60 字节 |
| UDP | 传输层（L4） | 固定 8 字节 |
在我们上面的示例中，一个 UDP over IPv4 的数据包会包含两个头部：IPv4 和 UDP。如下图所示：
5. Payload（有效载荷）
Payload 是数据包中真正携带的“业务数据”，也就是发送方希望接收方接收到的内容。
例如：
- 发送一个 HTTP 请求时，payload 是请求体（body）的内容。
- 发送一个 UDP 报文时，payload 是应用程序传入的数据。
需要注意的是，payload 的大小是可变的，有的协议支持固定长度 payload，有的则支持变长。变长 payload 需要额外字段来标识其长度，否则接收方无法正确解析。
此外，从协议栈的角度来看，上层协议的头部也是下层协议的 payload。例如：
- IP 头部是 Ethernet payload 的一部分
- UDP 头部是 IP payload 的一部分
如下图所示：
6. Overhead（开销）
Overhead 是指为了完成一次通信而额外消耗的资源，在网络通信中，它通常指的是数据包中所有头部和尾部所占用的空间。
例如，在 UDP over IPv4 的数据包中，overhead 就是 IPv4 头部（20 字节） + UDP 头部（8 字节） = 28 字节。
如果 payload 是 100 字节，那么整个数据包大小就是 128 字节，其中 28 字节是 overhead，占比约 22%。这部分数据虽然不包含实际内容，但却是通信所必需的。
下图展示了 overhead 的具体组成：
✅ 小贴士： 在高并发或低带宽场景下，过高的 overhead 会影响传输效率。因此，在设计协议或优化通信时，应尽量减少头部信息的冗余。
7. 总结
在本文中，我们探讨了网络通信中数据包的基本结构：
- Header：控制信息，用于路由、寻址、校验等
- Payload：真正要传输的数据内容
- Overhead：Header 和 Trailer 所占的空间，是通信的“成本”
理解这三者的结构和关系，有助于我们在实际开发中更好地使用网络协议，优化性能，排查问题。
同时，数据包的分层结构体现了网络协议的模块化设计思想。每一层只关心自己的职责，上层协议的头部对下层来说只是 payload，这种设计让网络通信变得灵活且易于扩展。
✅ 建议： 在实际项目中，尤其是对性能敏感的系统（如游戏、IoT、实时音视频等），一定要关注 payload 与 overhead 的比例，避免“小 payload 大头部”的情况造成带宽浪费。