1. 概述
网络让信息传输和共享变得更加便捷。无论是局域网内的通信还是全球互联网，数据在网络中传输时都以字节为基本单位。然而，在不同网络协议和 OSI 模型的不同层级中，这些字节被封装成不同的单位。
本文将详细介绍网络中最常见的几种数据单位：包（Packet）、分片（Fragment）、帧（Frame）、数据报（Datagram） 和 段（Segment）。我们将逐一解释它们的定义、作用及示例，帮助你更清晰地理解网络数据的封装与传输机制。
2. 包（Packet）
在 OSI 模型中，包是网络层（Network Layer）的数据单位。它是网络通信中最基本的传输单元，通常由源主机发送，经过路由选择后到达目标主机。
当数据需要在网络上传输时，它会被拆分成多个包。每个包都包含以下内容：
- 头部（Header）：包括源 IP、目标 IP、协议类型、协议版本、校验信息等
- 数据（Payload）：实际传输的数据内容
- 尾部（Trailer）：用于错误校验等信息
使用包进行传输的好处是：
✅ 支持多路径路由
✅ 支持丢包重传
✅ 提高网络带宽利用率
示例：发送电子邮件
当你发送一封邮件时，邮件内容会被封装成包，经过多个网络层处理后发送出去。一个典型的包结构如下图所示：
3. 分片（Fragment）
每个网络都有一个最大传输单元（MTU，Maximum Transmission Unit），如果一个包的大小超过了 MTU，就需要被拆分成更小的单位，这些单位被称为分片。
分片是网络层的责任，接收方收到所有分片后会进行重组，再将完整包传递给上层协议。
分片流程
- 网络层检查包大小是否超过 MTU
- 如果设置了 DF（Don’t Fragment）标志，则丢弃该包
- 否则，将包分割成多个分片，每个分片都带有头部信息
- 分片发送到下一层
示例：邮件包分片
假设邮件包大小为 1000 字节，而 MTU 为 300 字节，则会被拆分为如下结构：
⚠️ 注意：频繁分片会增加接收端的处理负担，建议合理控制包大小，避免分片。
4. 帧（Frame）
帧是数据链路层（Data Link Layer）的数据单位。它与包非常相似，但帧包含了更多与物理传输相关的信息，例如：
- 源 MAC 地址
- 目标 MAC 地址
- 帧类型
- 校验码（FCS）
帧的结构通常是在包的基础上加上数据链路层的头部和尾部，形成最终的传输单元。
帧的类型
- 定长帧（Fixed-Length Frame）：帧大小固定，无需边界标识
- 变长帧（Variable-Length Frame）：需明确标识帧的起始和结束位置
示例：帧结构
✅ 帧确保数据可以在局域网内正确传输，是链路层实现可靠通信的基础。
5. 数据报（Datagram）
数据报是传输层（Transport Layer）中的数据单位，通常用于 UDP 协议。与 TCP 不同，UDP 是无连接的，因此数据报中不包含连接状态信息。
数据报的结构包括：
- 头部：包含端口号、数据长度、校验和等
- 数据负载
数据报特点
✅ 传输速度快，开销小
❌ 不保证顺序和可靠性
❌ 最大数据长度为 65535 字节
示例：UDP 邮件传输
如果使用 UDP 协议发送邮件，整个数据将以数据报形式传输，结构如下：
⚠️ 注意：由于 UDP 不可靠，数据报适用于对实时性要求高、但容忍少量丢包的场景，如音视频传输。
6. 段（Segment）
段是 TCP 协议在传输层使用的数据单位。每个段都包含一个 TCP 头部，用于确保数据在网络中的正确传输。
段的结构包括：
- TCP 头部：包含源端口、目标端口、序列号、确认号、窗口大小、校验和等
- 数据负载
段的作用
✅ 支持流量控制
✅ 支持拥塞控制
✅ 支持可靠传输
✅ 支持数据完整性校验
示例：TCP 邮件传输
当你通过 TCP 发送邮件时，邮件内容会被封装为多个段，每个段都包含 TCP 头部，结构如下：
7. 总结
| 数据单位 | 所属 OSI 层 | 说明 |
|---|---|---|
| 包（Packet） | 网络层 | 包含 IP 地址，用于路由 |
| 分片（Fragment） | 网络层 | 包过大时的拆分结果 |
| 帧（Frame） | 数据链路层 | 包含 MAC 地址，用于局域网传输 |
| 数据报（Datagram） | 传输层（UDP） | 无连接，传输速度快 |
| 段（Segment） | 传输层（TCP） | 有连接，支持可靠传输 |
不同数据单位对应 OSI 模型的不同层级，它们各自承担着不同的职责，共同协作完成网络通信任务。
理解这些数据单位的含义和使用场景，有助于你在网络编程、调试和性能优化中做出更专业的判断。在实际开发中，比如使用 Netty、Spring Boot Web、或者 TCP/UDP 原生编程时，都会频繁接触到这些概念。掌握它们，是构建高效、稳定网络应用的基础。