IP分片实例分析

IP分片实例分析

引言       

        最近公司要研发一款用于链路通信加密的设备，使用祖冲之算法对OSI七层中的数据链路层数据进行流式加密，在设计技术方案时，发现一个问题，就是广域网上传输的数据包都是有最大长度限制的，对TCP数据包是MSS(最大分段长度), 对UDP数据包是MTU（最大传输单元），而对于我们的项目，TCP的分段不用特殊处理，而IP分片需要在加密设备端主动分片，并且满足IP的包格式。UDP不会分段，就由IP分片；TCP会分段，就不用IP分片。

IP分片

      下面我们就具体说说IP分片，当UDP包长度大于MTU(1500)时,进行IP分片，即一个IP包分成多个：

      1.在IP包头部分，分片后的包和原始包对比，FLAGS 和 FRAGMENT OFFSET两个字段的内容要发生变化----详见下面 IP报文格式 和 IP分片实例分析；

      2.分片后的数据包中，只有第一包是带UDP包首部，其余包只有IP包首部，到了终端后在进行重组。

IP报文格式

上面是IP的报文格式，接下来我们先说明各个字段的意义。然后，用Etheral软件转包分析IP的报文格式。

1.版本：ip报文中，版本占了4位，用来表示该协议采用的是那一个版本的ip，相同版本的ip才能进行通信。一般此处的值为4，表示ipv4。

2.头长度：该字段用四位表示，表示整个ip包头的长度，其中数的单位是4字节。即二进制数0000-1111（十进制数0-15），其中一个最小长度为0字节，最大长度为60字节。一般来说此处的值为0101，表示头长度为20字节。

3.Tos服务字段：该字段用8位表示。该字段一般情况下不使用。

4..总长度：该字段表示整个ip报文的长度，单位是1字节。能表示的最大字节为2^16-1=65535字节。不过由于链路层的MTU限制。超过1480字节后就会被分片（以太帧MTU为1500的情况下，除去20字节的包头）

5.标识：该字段是ip软件实现的时候自动产生的，该字段的目的不是为了接受方的按序接受而设置的，而是在ip分片以后，用来标识同一片分片的。方便ip分片的重组。

6.标志：该字段是与ip分片有关的。其中有三位，但只有两位是有效的，分别为MF，DF，MF。MF标识后面是否还有分片，为1时，表示后面还有分片。DF标识是否能分片，为0表示可以分片。

7.片偏移：该字段是与ip分片后，相应的ip片在总的ip片的位置。该字段的单位是8字节。比如，一个长度为4000字节的ip报文，到达路由器。这是超过了链路层的MTU，需要进行分片，4000字节中，20字节为包头，3980字节为数据，需要分成3个ip片（链路层MTU为1500），那么第一个分片的片偏移就是0，表示该分片在3980的第0位开始，第1479位结束。第二个ip片的片偏移为185（1480/8），表示该分片开始的位置在原来ip的第1480位，结束在2959。第三片的片偏移为370（2960/8），表示开始的时候是2960位，结束的时候在3979位。

8.TTL：该片表示生存周期，该值占8位。ip分片每经过一个路由器该值减一，它的出现是为了防止路由环路，浪费带宽的问题。比如，该ip在R1路由器发送到R2路由器。R2路由器又发给R1路由器。防止这种循环。window系统默认为128.

9.协议：该值标识上层的协议。占8位。其中1，标识ICMP、2标识IGMP、6标识TCP、17标识UDP、89标识OSPF。

10校验和：该值是对整个数据包的包头进行的校验。占16位。

11.源地址和目的地址。标识发送ip片的源和目的ip，32位

12.接下来是可选的部分，一般一些特殊的要求会加在这个部分。

13：数据

IP分片实例分析

下面是我在实际测试中的抓包截图和分析，抓包工具用的IPtool,对其进行了过滤设置，所以只会看到分片后的几个包：

1. 上图分为三块，最上面的是0--3共四个数据包，是分片后的数据包，可以看到包类型，包长度，以及源地址，目的地址，源端口，目的端口（端口号为什么是杂乱无章的哪？？？？？文中有答案，仔细阅读哦）；

2. 上图左下区域为 报文解析，大家可以对照 IP报文格式 进行学习，注意上图是IP分片的第0包，所以FRAGMENT OFFSET 值为0，那么第1包是185，第2包是370，第3包是555，FLAGS字段 最后一包和其他包的值不一致，可以与下面的截图进行对比；

3.上图右下区域为报文完整内容。

附件：四个分片的完整截图

 

 

重要的事情强调三遍：

分片后的数据包中，只有第一包是带UDP包首部，其他包的都是数据；FRAGMENT OFFSET 该字段的单位是8字节.

分片后的数据包中，只有第一包是带UDP包首部，其他包的都是数据；FRAGMENT OFFSET 该字段的单位是8字节.

分片后的数据包中，只有第一包是带UDP包首部，其他包的都是数据；FRAGMENT OFFSET 该字段的单位是8字节.