IP协议（下）

目录

一、IP分片

1.为什么需要IP分片

2.IP报头信息

二、分片的组装

1.接收方怎么知道一个报文被分片了

2.同一个报文的分片怎么全部识别出来的

3.报文如何排序，如何得知报文有没有收全

4.怎么将各分片正确组装

5.怎么确定合成的报文是正确的

6.总结

三、自己进行分片的组装

1.自己做一次分片

2.实际的IP判断

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本文章讲解IP协议的分片问题，也是IP协议的最后一部分。

一、IP分片

1.为什么需要IP分片

前面在讲述IP协议报头的时候，我忽略了16位标识、3位标志和13位片偏移这三个字段，由于这三个字段只服务于分片，对跨网络传输没有帮助，所以我将它们同一放在了后面。

在网络分层模型中，IP协议所在的网络层的下一层是数据链路层。

数据链路层使用的协议为MAC桢协议，IP协议依旧需要将数据向下交付，通过MAC桢协议处理后才能将MAC桢数据通过网线发送。（忽略物理层）

但是MAC桢协议的单帧有效载荷不能超过最大传送单元（MTU），大部分为1500字节。

另一方面，IP协议的校验和只负责IP报头的校验，TCP的校验和会同时负责报头和有效载荷的校验。

也就是说，IP报文的长度是由TCP决定的。

正是因为MAC桢协议的限制，TCP只能将数据分包发送，且保证每个数据报文长度不超过MTU。

那如果TCP就给了IP一个超过MTU的报文，MAC桢协议又没法处理，IP该怎么办呢？

所以就需要IP将报文分片，保证每个报文都不超过MTU，然后再向下交付。

因为网络各层协议相互独立，所以IP的分片属于IP自身的行为。

分片只能由当前主机的IP协议来做，组装也只能由对方主机的IP协议来做。

2.IP报头信息

（1）16位标识

16位标识：一个16位整数，保证自己和其他的保文不重复。

（2）3位标志

3位标志：有3个比特位。

• 第一位为保留位，不使用且为0。
• 第二位为1表示禁止分片，若此时报文长度超过MTU，则IP会丢弃报文。若为0表示允许分片，IP正常分片即可。
• 第三位表示更多分片，对于一个TCP报文的分片，最后一个分片该位为0，其他均为1。

（3）13位片偏移

表示该分片的有效数据头部相对未分片的数据的偏移量。若不分片，对应报文在原始报文的偏移量为0。

（4）填入分片数据

IP将一个4500字节的TCP报文，分片成三个1500字节的IP报文。

• 三个1500字节的报文是一组，所以它们的16位标识相同，比如设为1234。
• 第一个报文的片偏移为0，第二个报文的片偏移为1500，第三个报文的片偏移为3000。
• 对三位标志而言，三个报文第一位都为0。因为允许分片，所以第二位都为0。因为三个报文有先后顺序，所以偏移量为0和1500的报文该位为1，偏移量为3000的报文该位为0。

二、分片的组装

1.接收方怎么知道一个报文被分片了

一种情况，如果更多分片标志位为1，表示该报文被分片过。

另一种情况，如果更多分片标志位为0且片偏移大于0，表明该报文是分片的最后一个。

2.同一个报文的分片怎么全部识别出来的

每一组分片的报文的16为标志都相同，当然能识别出报文的归属。

3.报文如何排序，如何得知报文有没有收全

第一个报文的偏移量为0，更多分片为1，最后一个报文的偏移量大于0，更多分片为0。对于其他报文，前一个报文的偏移量+自身长度=后一个报文中偏移量，这样就能确定分包的排序，也能确定报文是否收全。

4.怎么将各分片正确组装

按照片偏移进行升序排列即可。

5.怎么确定合成的报文是正确的

TCP和IP都有校验和，IP协议校验和校验IP报头，不检查有效数据。TCP通过TCP校验和校验有效数据和TCP报头。

6.总结

（1）IP分片属于数据传输的少数情况

TCP在大部分时间里都能保证报文的长度不超过MTU，所以IP分片很少出现。

（2）分片对数据安全传递是有很大威胁的

当IP发送分片后的报文时，如果某一个报文分片丢失了，接收方就不能成功组装，此时所有已接收的分片报文都会被丢弃。而且分片越多，分片丢失的概率越大，更不利于数据传送。

由于TCP协议存在超时重传机制，哪怕IP分片丢失，数据也不会遗失。但由于分片是IP协议自己进行的，所以TCP会将未分片的报文向IP传递，IP还需要重新分片再发送。

（3）安全高效的数据传输需要TCP的合理控制

我们要想从根源上解决问题，就需要让TCP将数据分包成合适的大小，尽量避免IP分片，才能减少丢包率。

三、自己进行分片的组装

1.自己做一次分片

假设TCP向IP传输了一个3000字节的报文，报头为标准报头（20字节）。

IP给TCP报文加上自己的标准报头（20字节），发现IP报文总长为3020字节，超过了MTU的1500字节，需要分片。

IP分片会产生多个IP报文，每个报文都会有IP报头。

• 第一片：IP报头20字节，有效载荷1480字节，1480字节中还包括TCP的报头，总长度1500字节。
• 第二片：IP报头20字节，提取后面的有效载荷1480字节，总长度1500字节。
• 第三片：最后剩下有效载荷60字节，再加上IP报头20字节，总长度80字节。

2.实际的IP判断

上面的处理是我们自己凭感觉进行的分片流程，TCP/IP会通过一些报文长度的上限值控制传输的过程。

MTU（最大传送单元）：限制了IP报文字节的最大值，一般为1500字节。

MSS （最大段尺寸）：由于IP标准报头为20字节，所以IP的有效数据最大为1480字节。而TCP标准报头也为20字节，TCP报头是IP报文的有效数据，所以TCP的最大有效载荷为1460字节，也叫最大段尺寸。所以TCP会通过滑动窗口进行分包，保证每个TCP报文的有效数据不超过MSS。

从这里，我们也再次理解了，为了保证数据的安全传输，避免IP分片，需要TCP控制好自己的报文长度。