在使用IP核40G/50G Ethernet Subsystem，实现PC-FPGA板UDP双向通信的过程中，需要提取接收帧数据部分以及填充帧头给发送帧，所以学习了IPV4 UDP协议，用Wireshark和ila抓取包并详细分析了帧结构，包括UDP数据包、ARP包、ICMP包。

一、UDP包

1. 完整以太网帧的结构图（普通包/分载包）

以太网帧头 + IP帧头 + UDP帧头 + 数据部分

2. 举例分析图

3. 帧结构信息详解

Ⅰ. 以太网帧头

③【以太网类型】：0800-> IPV4，86DD->IPV6，0806->ARP

Ⅱ. IP帧头

①【版本号】：IPV4固定为4
②【首部长度】：以4字节为单位，5=20byte
③【服务类型】：用于Qos服务质量，8'h00-普通服务
④【总长度】：普通包及分载包第一个分片：IP首部长度 + UDP首部长度 + 数据长度, 分载包第n+1个分片：IP首部长度 + 数据长度
⑤【标识】：分片重组时用于匹配同一原始数据报，一个分载包中不同分片的标识相同
⑥【标志位】：001-＞需要分片且后续还有分片，000->需要分片且当前为最后一个分片，010->不需要分片
⑦【片偏移】：以8字节为单位
⑧【生存时间】：TTL，数据包最大跳数限制，每经过一个路由器减1，为0时丢弃，防止数据包因路由环路无限循环
⑨【协议类型】：6-＞TCP，17-＞UDP，1->ICMP
⑩【首部校验和】：仅校验IP首部，例子中tmp[31:0]=16'h4500+16'h033c+16'h496c+16'h0000+16'h8011+16'hc0a8+16'h0001+16'hc0a8+16'h0002=32'h0002930C; ip_check_sum[15:0]=~(tmp[31:16]+tmp[15:0])=~(16'h930E);

Ⅲ. UDP帧头

③【长度】：UDP帧头8byte + 数据长度，长度-8byte是普通包的当前包数据长度，或是分载包不同分片的总数据长度，即同一IP首部标识的UDP帧长度统计
④【校验和】：IPV4可置0，代表不使用

二、ARP包

1. 完整以太网帧的结构图

以太网帧头 + ARP协议报文

2. 举例分析图

3. 帧结构信息详解

Ⅰ. 以太网帧头

同上

Ⅱ. ARP协议报文

①【硬件类型】：1->以太网，6->IEEE 802网络
②【协议类型】：0800-> 需要解析IPV4地址对应的MAC地址，86DD-> 需要解析IPV6地址对应的MAC地址
③【MAC长度】：以1字节为单位
④【IP长度】：以1字节为单位
⑤【操作码】：1->ARP请求，2->ARP应答

三、ICMP包

1. 完整以太网帧的结构图

以太网帧头 + IP帧头 + ICMP帧头 + 数据部分

2. 举例分析图

3. 帧结构信息详解

Ⅰ. 以太网帧头

同上

Ⅱ. IP帧头

同上

Ⅲ. ICMP帧头

①【类型】：ICMP报文类型，请求->8，响应->0
②【码】：子类型（回显请求固定为0）
③【校验和】：校验ICMP报文（帧头+数据）
④【标识符】：用于匹配请求与响应（通常为进程ID）
⑤【序列号】：请求包序号，每发一次加1

四、注意事项

1. UDP传输限制

① 以太网帧最小64字节（包含4byte的帧校验序列FCS）
② UDP包最大65535字节（包含8byte的UDP帧头）
③ 当传输包大于MTU大小时，会被拆分成分载包，标识一致

2. PC端修改MTU的方法

① 管理员运行cmd
② netsh interface ipv4 show subinterfaces
③ netsh interface ipv4 set subinterfaces "以太网1" mtu=8992 store=persistent