网络：IP分片和组装

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前言

对于IP分片和组装的总结

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当一个IP数据报的大小超过网络的MTU(最大传输单元)限制时，就需要进行分片。MTU是数据链路层对IP层数据包进行封装时所能接受的最大数据报长度。
MTU可以通过ifconfig查看

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16位标识，3位标志，13位片偏移

IP分片和组装，主要和 16位标识，3位标志，13位片偏移 有关。

• 16位标识：唯一标识主机发送的报文，如果IP报文在数据链路层被分片，那每一片里的 16位标识相同
• 3位标志：
• 13位片偏移：分片相对于原始IP报文开始处的偏移(不包含报头)。

这里有一个小问题，IP报文的总长度是16位，那有没有一个可能，最后一个分片相对于原始IP报文开始的偏移量大于最大13位片偏移？这怎么处理？
实际上，这个偏移量的单位是 8字节，偏移量必须是8的整数倍。因此实际可以表示的偏移范围是 0 到 ( 2 ^ 13 - 1) * 8 = 8191 * 8 = 65528字节，大于 IP报文能表示的最大长度 65535字节(包含报头 和 数据)。

有了以上了解，现在我们来看看，在IP层，有一个大小为3000字节的报文，如何分片？如何组装？

分片

我们知道，在网络中传输的都是报文；也就是说每一个IP分片也都是完整的IP报文。

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IP报文大小为3000字节，IP报头的16位标识为111，超过MTU(1500)，需要分片。
我们先将IP报文的前1500字节组成一个新的IP报文。
那么IP报头的 16位标识：111，3位标志：MF(1)，13位片偏移：0。
16位标识要与分片前的16位标识相同；MF置1表示还有更多分片；13位片偏移为0，表示分片相对于原始IP报文的偏移量是0。

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我们再对剩下的1500字节进行分片。因为，每个IP分片也都是完整的IP报文，所以我们不能将这1500字节一次处理完毕(IP报文有20字节)，我们需要分成 1480 字节 和 20 字节两部分处理。

组装新的IP报头，
16位标识于原16位标识一致；
后面还有20字节的没处理的报文数据，3位标志：MF(1)；
该分片与原始IP报文的偏移量(不包含IP报头)为1480，又因为13位片偏移的单位是8字节，那么13位偏移量就是185。

组装新的IP报头，
16位标识于原16位标识一致；
该分片已经是最后一个了，3位标志：MF(0)；
该分片与原始IP报文的偏移量为2980，又因为13位片偏移的单位是8字节，那么13位偏移量就是370。

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这样我们就对 3000字节大小的IP报文，进行了分片。
总结流程如下：

1. 检查MTU限制，当一个IP数据报的大小超过网络的MTU限制时，就需要进行分片
2. 分割数据报，IP层将原始IP数据报分割成多个较小的片段；对每个片段，IP层会设置相应的16位标识，3位标志，13位片偏移
3. 添加IP头部，每个分片都是加上自己的IP头部
4. 发送分片，分片在传输过程中独立传输，每个分片都有自己的IP报文头部，并且各自独立的选择路由

组装

现在接收方，收到了从发送方来的三个IP报文。我们站在阅读者的角度，知道这三个IP报文，大概率是上文分好的三个IP分片；可站在接收方的角度，他如何知道这三个IP报文是分片，怎么知道是否把IP分片收完？毕竟想要对IP分片进行组装，那要先识别和收完。

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识别IP分片，这个好办。
接收方可以查看IP报文的 3位标志 和 13位片偏移来判断

• 如果不是分片，MF(0) && 片偏移：0
• 如果是分片，MF(1) || 片偏移 != 1

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接收方怎么保证把分片收全
分片收全不好考虑，但分片丢失只有三种情况，第一片分片丢失，中间分片丢失，最后一片分片丢失。我们只要保证这三种情况没有发生，不就保证了分片收全了。

1. 第一片分片丢失，我们只需查看这些分片中是否有13位片偏移为0的分片，如果存在，则第一片分片没有丢失；如果不存在，则第一片分片丢失

2. 中间片丢失，我们只需对这些分片按片偏移量进行排序，在遍历这些分片时，检查 该分片的片偏移量 * 8 + 该分片的有效载荷大小 == 下一片的片偏移量 * 8，如果等于，表示中间没有分片丢失；如果不等于，表示中间有分片丢失。
   

3. 最后一片分片丢失，我们只需查看这些分片中是否存在MF 为 0的分片即可，如果存在，则最后一片分片没有丢失；如果不存在，则最后一片分片丢失。

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至此，接收方可以识别和判断是否收完分片。
总结流程如下：

1. 接受分片，当目的主机的IP层接受到这些分片后，会根据标识字段将属于同一个数据报的所有分片挑选出来
2. 排序与组装，IP层会对属于同一个数据报的分片，按照片偏移字段进行升序排序；当所有分片都到达并正确排序后，IP层会将这些分片重新组装成一个完整的IP数据报
3. 传递给上层协议

总结

IP分片对传输层是透明的，意味着传输层无需关心数据是否被分片以及如何重新组装
以上就是IP分片和组装的过程