IP分片原理

  物理网络层一般要限制每次发送数据帧的最大长度。任何时候IP层接收到一份要发送的IP数据报时，它要判断向本地哪个接口发送数据报（选路），并查询该接口获得其MTU。IP把MTU与数据报长度进行比较，如果需要则进行分片。分片可以发生在原始发送端主机上，也可以发生在中间路由器上。

  把一份IP数据报分片以后，只有到达目的地才进行重新组装（这里的重新组装与其他网络协议不同，它们要求在下一站就进行重新组装，而不是在最终的目的地）。重新组装由目的端的IP层来完成，其目的是使分片和重新组装过程对运输层（TCP和UDP）是透明的，除了某些可能的越级操作外。已经分片过的数据报有可能会再次进行分片（可能不止一次）。IP首部中包含的数据为分片和重新组装提供了足够的信息。

  对于发送端发送的每份IP数据报来说，其标识字段都包含一个唯一值。该值在数据报分片是被复制到每个分片中（我们现在已经看到这个字段的用途）。标志字段用其中一个比特来表示“更多的分片”。除了最后一片外，其他每个组成数据报的片都要把该比特位置1。片偏移字段指的是该片偏移原始数据报开始处的位置。另外，当数据报被分片后，每个片的总长度都改为该片的长度值。

  最后，标志字段中有一个比特称作“不分片”位。如果将这一比特置1，IP将不对数据报进行分片。相反把数据报丢弃并发送一个ICMP差错报文（“需要进行分片但设置了不分片比特”）给起始端。

  但IP数据报被分片后，每一片都成为一个分组，具有自己的IP首部，并在选择路由时与其他分组独立。这样，当数据报的这些片到达目的端时有可能会失序，但是在IP首部中有足够的信息让接收端能正确组装这些数据报片。

  尽管IP分片过程看起来是透明的，但有一点让人不想使用它：即使只丢失一片数据也要重新传整个数据报。为什么会发生这种情况呢？因为IP层本身没有超时重传的机制--由高层来负责超时和重传（TCP有超时和重传机制，但UDP没有。一些UDP应用程序本身也执行超时和重传）。当来自TCP报文段的某一片丢失后，TCP在超时后会重发整个TCP报文段，该报文段对应于一份IP数据报。没有办法只重传数据报中的一个数据报片。事实上，如果对数据报分片的是中间路由器，而不是起始端系统，那么起始端系统就无法知道数据报是如何被分片的。就这个原因，经常要避免分片。

  使用UDP很容易导致IP分片（在后面我们将看到，TCP试图避免分片，但对于应用程序来说几乎不可能强迫TCP发送一个需要进行分片的长报文段）。在一个以太网上，数据帧的最大长度是1500字节，其中1472字节留给数据，假定IP首部为20字节，UDP首部为8字节。