IP分片和TCP分段

MTU和MSS的概念

MTU

最大传输单元（Maximum Transmission Unit，MTU）是指一种通信协议的某一层上面所能通过的最大数据包大小（以字节为单位）。
例如：以太网MTU值为1500字节，802.3的MTU值为1492字节。

MSS

最大分段长度（Maximum Segment Size）是TCP协议头部的一个选项，MSS是指TCP报文能够携带的最大数据长度，单位为字节。

MTU与IP分片

不论何种协议的链路层，都会对网络分组的长度有一个限制，因此提出了MTU的概念。如以太网的的MTU值为1500字节，若IP层（网络层）的报文长度大于MTU值时，IP报文就会被分片成小于或等于MTU值的报文。IP头部也对IP报文分片做了支持，如下图：

由IP包的总长度为16位（2字节）字段可知IP报文的最大长度为65535字节。其中16位的标识（表明）3位标志位（ 0、DF、MF）中DF（Don’t Fragment）和MF（More Fragment） 以及13位的片偏移来IP报文的分片和重组。

IP分片实例

// 在cmd 下ping 网关10.103.240.1
// ping 命令： -l表示数据长度 -n ping次数 -f设置DF标志表示不能分片
ping 10.103.240.1 -l 5000 -n 1

IP分片重组

由上图可知，每个分片都包含off=xxx,ID=4858信息，接收方依据这两个值，把ID相同的分片按照off值（偏移量）进行重组的。

下图所示的最后一个分片，即第2716号包，它包含了一个More fragment = 0的Flag，表示最后一个分片，因此接收方可以开始重组。

而其他的分片比如第2715号包包含一个More fragment = 1的Flag，如下图所示，因此接收方知道后续还有更多的分片，所以先缓存着不重组。IP分片导致的网络攻击方式就是持续发送More fragment为1的包，导致接收方一直缓存分片，从而耗尽内存。

IP分组的缺点

• IP分组可以导致网络攻击，如上所述。

• 这种IP层的分片效率是很差的，因为必须所有分片都到达才能重组成一个包，其中任何一个分片丢失了，都必须重发所有分片。所以，TCP层会试图避免IP层执行数据报分片。

MSS与TCP分片

TCP可以避免被发送方分片，它主动把数据分成小段再交给网络层。最大的分段大小（MSS）相当于MTU刨去IP头和TCP头之后的代销，所以一个MSS恰好装进MTU中。

             ______________MTU_______________           
             |                              |
---------------------------------------------
| MAC头14字节 | IP头20字节 | TCP头20字节 | 数据 |
---------------------------------------------
                                      |      |
                                      ---MSS--

注：建议使用wireshark查看。有时TCP头不只20字节，可能包含一些TCP options，使MSS值减小，以真实情况为准。

TCP在建立连接时进行三次握手，前两个握手包中双方互相声明自己的MSS，客户端声明MSS=8960，服务器端声明了MSS=1460。三次握手之后，客户端的MTU值比服务器端大，如果发送一个9000字节的包过去可能被分片或丢弃。因此客户端会把自己的MSS也降到1460字节。

注：UDP没有MSS的概念，其数据包全部交给网络层，所以可能被分片。分片和重组都会影响性能。如果某种应用环境忽略质量，追求传输速度，那么UDP就是一个选择。语音传输符合这种情况，它在乎的不是音质而是延迟。

参考

1 Maximum segment size
2 高性能网络编程2—-TCP消息的发送
3 WireShark网络分析的艺术