【计算机网络笔记】IP分片

系列文章目录

什么是计算机网络？
什么是网络协议？
计算机网络的结构
数据交换之电路交换
数据交换之报文交换和分组交换
分组交换 vs 电路交换
计算机网络性能（1）——速率、带宽、延迟
计算机网络性能（2）——时延带宽积、丢包率、吞吐量/率
计算机网络体系结构概念
OSI参考模型基本概念
OSI参考模型中非端-端层（物理层、数据链路层、网络层）功能介绍
OSI参考模型中端-端层（传输层、会话层、表示层、应用层）功能介绍
TCP/IP参考模型基本概念，包括五层参考模型
网络应用的体系结构
网络应用进程通信
网络应用对传输服务的需求
Web应用之HTTP协议（涉及HTTP连接类型和HTTP消息格式）
Cookie技术
Web缓存/代理服务器技术
传输层服务概述、传输层 vs. 网络层
传输层——多路复用和多路分用
传输层——UDP简介
传输层——可靠数据传输原理之Rdt协议
传输层——可靠数据传输之流水线机制与滑动窗口协议
传输层——TCP特点与段结构
传输层——TCP的可靠数据传输
TCP连接管理（图解三次握手和四次挥手）
传输层——拥塞控制原理与解决方法
TCP的拥塞控制机制
网络层服务与核心功能
网络层服务模型——虚电路网络
网络层服务模型——数据报网络
Internet网络的网络层——IP协议之IP数据报的结构

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最大传输单元(MTU)

首先需要掌握一个概念：最大传输单元(MTU)。

IP分组在网络上传输的过程中，需要被封装到链路层的数据帧里面，不同链路的数据帧在封装数据的时候可能对数据字节数有限制。网络链路存在MTU (最大传输单元)，即链路层数据帧可封装数据的上限。不同链路的MTU不同。

那如果一个链路的MTU大于下一个链路的MTU怎么办？这时就涉及到IP分片与重组。

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IP分片与重组

大IP分组向较小MTU链路转发时，可以被“分片” (fragmented)

。这里用的是“可以”，也就是说不一定要进行分片，而是要看看这个分组里的某个标志位是怎么设置的。可能让分，也可能不让分。

• 如果发现不允许分片就丢弃掉，然后向源主机发送一个ICMP报文。
• 如果IP分组允许分片，就可以1个大的IP分组分为多片小的IP分组，这些分片到达目的主机后再进行“重组”。所以说路由器只管分，不管装，而是目的主机负责重新组装。

所以就要清楚一个IP分组是否是分片的，如果分片了，那它是哪一片。并且片和片之间的相对顺序关系是怎样的。因此IP首部的相关字段就用于标识分片以及确定分片的相对顺序。包括总长度、标识、标志位和片偏移。

• 标识字段占16位：标识一个IP分组。在IP协议的实现里，这个标识的产生很简单，利用一个计数器，每产生IP分组计数器加1，作为该IP分组的标识。但是无法唯一标识一个IP分组，需要和其他字段共同来唯一标识一个IP分组

• 标志位字段占3位。它的结构从左到右是这样的：

  在这里插入图片描述

  • DF (Don’t Fragment)。DF =1：禁止分片； DF =0：允许分片
  • MF (More Fragment)。MF =1：非最后一片； MF =0：最后一片(或未分片)

• 片偏移字段占13位：一个IP分组分片封装原IP分组数据的 相对偏移量，片偏移字段以8字节为单位

  • 如果一个IP分组没有经过分片，那么片偏移量一定是0
  • 通过片偏移量，可以知道这个分片是原IP分组中的哪一片，同时也可以进行排序

IP分片过程：

假设原IP分组总长度为L，待转发链路的MTU为M。若L>M，且DF=0，则可以/需要分片。分片时每个分片的标识字段复制原IP分组的标识。另外，通常分片时，除了最后一个分片，其他分片均分为MTU允许的最大分片。一个最大分片可封装的数据应该是8的倍数（因为片偏移量的单位是8）。因此，

• 一个 最大分片可封装的数据为：

• 那么需要的总片数为:
  

• 每片的片偏移字段取值为：
  

• 每片的总长度字段为：（除了最后一片，其他片都是d+20，也就是最大值
  

• 每片的MF标志位为：
  

例如：4000B数据报，输出链路MTU = 1500B，DF=0。那么这个数据报能够分为3个小数据报（片）：