IP数据包分包和组包的过程

IP数据包分包和组包的过程

1.为什么要分包

  IP 数据包需要进行分包的主要原因是网络传输中的限制。网络传输有时会遇到带宽不足或路由器 MTU 尺寸的限制等情况，导致数据包过大，不能被成功地传输。在这种情况下，将数据包分为多个更小的片段来传输就是一种有效的解决办法。

  如果数据包不能被成功地传输，那么可能会引起丢失数据或者数据损坏等问题。对于实时的应用程序（例如实时视频或语音通讯），数据包丢失或者损坏可能会导致延迟或者中断，这对用户体验有很大的影响。此外，较大的数据包也会占用更多的带宽，导致网络拥塞和性能问题。

  通过将数据包分割成多个片段，IP 数据包分包可以解决这些问题。分割后的每个片段可以更容易地在网络中传输，因为它们更小。如果需要，它们可以同时通过不同的传输路径进行发送，从而提高数据的传输速度和可靠性。因此，IP 数据包分包是一种优化网络传输的有效方式。

2.分包组包过程中和哪些 IP 报头字段有关联

  分包和组包过程中与 IP 报头中以下几个字段有关联：

  标识符字段（Identification）：用于标识数据包的唯一性。在分包过程中，每个片段都应该具有相同的标识符。在组包过程中，接收端可以利用标识符的值将不同的 IP 片段组装成原始数据包。

  片偏移字段（Fragment Offset）：指示当前片段在整个原始数据包中的位置。例如，偏移量为 0 的片段包含数据包的头部。在分包过程中，每个片段都需要设置正确的偏移量，以便在组装时能够重新构建完整的数据包。

  标志位字段（Flags）：标志位字段中最重要的是“更多片（more fragments）”标志，它用于指示是否还有更多的 IP 片段等待接受。如果更多片位设置成 1，说明还需要等待其他IP 片段的到来，如果设置成 0，则说明这是最后一个 IP 片段。

  协议字段（Protocol）：协议字段用于指示 IP 数据报携带的数据的协议类型。例如，1 表示 ICMP 协议，6 表示 TCP 协议，17 表示 UDP 协议等。这个字段是在组包过程中进行处理的。

  校验和字段（Header Checksum）：校验和字段用于校验 IP 报头中的数据是否被更改或损坏。在 IP 数据包传输过程中，每个路由器都会重新计算这个校验和字段，以确保数据的完整性。因此，在分包和组包过程中，正确计算校验和是非常重要的。

3.组包时如何保证数据的顺序和完整性?

  片偏移字段：每个 IP 片段的片偏移字段指示该片段在原始数据包中的位置。接收方可以利用这些字段将片段按照正确的顺序进行组装。

  标识符字段：每个 IP 数据包都有一个唯一的标识符字段。接收方可以利用这个字段将不同的 IP 片段与正确的数据包相匹配。

  更多片位标记：如果一个 IP 数据包被分成多个片段，则每个片段的“更多片位”标记位指示是否还有更多的 IP 片段等待接收。接收方可以利用这个标记位来确定是否已经接收到所有的 IP 片段。

  排序和重组：当接收方收到所有的 IP 片段后，需要按照片偏移字段对它们进行排序，并将它们重组为原始数据包的完整形式。

  计算校验和：当接收方重组 IP 片段时，需要重新计算 IP 报头的校验和字段以验证数据包的完整性和正确性。如果计算出的校验和与原始 IP 报头中的校验和不匹配，则表明数据包已经被损坏，不能使用。

4.分包

在Internet协议（IP）中，当数据包太大以至于不能通过网络中的某些链路时，这些数据包需要进行分包（fragmentation）和组包（reassembly）操作。

分包（Fragmentation）：   1.当一个数据包的大小超过了网络的最大传输单元(MTU)，分包过程就会开始。MTU是指一个网络链路可以传输的最大数据包大小。不同类型的网络有不同的MTU，例如以太网的MTU通常为1500字节。   2.数据包在源主机（或路由器）处被分成更小的片段。每个片段都符合目标链路的MTU要求。   3.分包过程会保留原始IP数据包的一部分信息，例如源IP地址、目标IP地址等。同时，还会为每个片段添加一个片段偏移值和一个标志位。这些信息将用于接收方的组包过程。 每个片段都独立地通过网络传输到目标主机。

5.组包

组包(Reassembly):   目标主机收到所有的分片后，需要对它们进行重新组装，以重建原始IP数据包。这个过程称为组包。   1.接收到一个或多个数据段   2.每个数据段都会包含分组标识符和序号   3.根据分组标识符和序号,将所有数据段重新组合成一个完整的IP数据包   4.如果有数据段缺失或者损坏,接收端会请求重发数据段或者丢弃整个IP数据包.