TCP/IP初解(一):IP分片是什么

Created Thursday 20 February 2014

1.IP为什么要分片？

数据链路层中，不同网络MTU不同，有大有小，就像装货一样，楼主你有63556顿黄金(IP报最大长度为63556)，用面包车和大货车装车运输，当然要分批装啦，而且还由于车型不同，当然能装的货多少(MTU)不一样咯.

2.谁负责分片?

当然是楼主你(IP协议)了!面包车大货车都只负责拉货噢。IP协议自己分好，所以IP协议报头有几个和分片有关的字段配合分片。

3.IP协议怎么实现分片？

我们首先看看IP协议的报头图。

附带了某转载的字段解说(已经附上原地址咯)：

版本号（Version）：长度4比特。标识目前采用的IP协议的版本号。一般的值为0100（IPv4），IPv6的值（0110）。
IP包头长度（Header Length）：长度4比特。这个字段的作用是为了描述IP包头的长度，因为在IP包头中有变长的可选部分。该部分占4个bit位，单位为32bit（4个字节），即本区域值= IP头部长度（单位为bit）/(8*4)，因此，一个IP包头的长度最长为“1111”，即15*4＝60个字节。IP包头最小长度为20字节。对于标准ipv4报头，这个字段的值肯定是20/4=5（10进制）=0101（2进制）。
服务类型（Type of Service）：长度8比特。这个子段可以拆分成两个部分：Precedence和TOS。TOS目前不太使用。而Precedence则用于QOS("Quality of Service"，中文名为"服务质量")应用。（TOS字段的详细描述RFC 1340 1349）。
IP包总长（Total Length）：长度16比特。以字节为单位计算的IP包的长度 (包括头部和数据)，所以IP包最大长度65535字节。
标识符（Identifier）：长度16比特。该字段和Flag和Fragment Offest字段联合使用，对大的上层数据包进行分段（fragment）操作。
标记（Flag）：长度3比特。该字段第一位不使用。第二位是DF位，DF位设为1时表明路由器不能对该上层数据包分段。如果一个上层数据包无法在不分段的情况下进行转发，则路由器会丢弃该上层数据包并返回一个错误信息。第三位是MF位，当路由器对一个上层数据包分段，则路由器会在最后一个分段的IP包的包头中将MF位设为0,其余IP包的包头中将MF设为1。
Bit 0: reserved, must be zero Bit 1: (DF) 0 = May Fragment, 1 = Don't Fragment. Bit 2: (MF) 0 = Last Fragment, 1 = More Fragments.
分段序号（Fragment Offset）：长度13比特。该字段对包含分段的上层数据包的IP包赋予序号。由于IP包在网络上传送的时候不一定能按顺序到达，这个字段保证了目标路由器在接受到IP包之后能够还原分段的上层数据包。到某个包含分段的上层数据包的IP包在传送是丢失，则整个一系列包含分段的上层数据包的IP包都会被要求重传。
生存时间（Time to Live）：长度8比特。当IP包进行传送时，先会对该字段赋予某个特定的值。当IP包经过每一个沿途的路由器的时候，每个沿途的路由器会将IP包的TTL值减少1。如果TTL减少为0，则该IP包会被丢弃。这个字段可以防止由于故障而导致IP包在网络中不停被转发。
协议（Protocol）：长度8比特。标识了上层所使用的协议。
头部校验（Header Checksum）：长度16比特，由于IP包头是变长的，所以提供一个头部校验来保证IP包头中信息的正确性。
源IP地址（Source IP Addresses）：长度16比特。标识了这个IP包的源IP地址。
目的IP地址（Destination IP Address）：长度16比特。标识了这个IP包的目的IP地址。
可选项（Options）：这是一个可变长的字段，长度为0或32bit的整倍数，最大320bit，如果不足则填充到满。该字段由起源设备根据需要改写。可选项目包含以下内容：
松散源路由（Loose source routing）：给出一连串路由器接口的IP地址。IP包必须沿着这些IP地址传送，但是允许在相继的两个IP地址之间跳过多个路由器。
严格源路由（Strict source routing）：给出一连串路由器接口的IP地址。IP包必须沿着这些IP地址传送，如果下一跳不在IP地址表中则表示发生错误。
路由记录（Record route）：当IP包离开每个路由器的时候记录路由器的出站接口的IP地址。
时间戳（Timestamps）：当IP包离开每个路由器的时候记录时间。
填充（Padding）：因为IP包头长度（Header Length）部分的单位为32bit，所以IP包头的长度必须为32bit的整数倍。因此，在可选项后面，IP协议会填充若干个0，以达到32bit的整数倍。

//本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/lpnueg4/archive/2009/11/20/4837773.aspx//

其中和分片有关的是这三个字段。

                        Identification:

在发送数据报前，发送主机给每个数据报一个ID值，放在16位的标识符字段中。此ID用于标识唯一的数据报或数据流。接收主机利用此ID对收到的数据报进行重组。正如前面所说，当分片的IP数据报从源地址发送到目的地址的时候，由于网络延迟或者不同的传输路径的关系，在到达目的主机时，这些分片数据报并不总是有序的排列，而是处于一种无序状态，因此，接收主机便用此ID判断接收的这些分片数
据报是否属于同一个数据流，然后再进行重组(重组将在偏移量中讨论)

Flags:

标志字段在IP报头中占3位。

第1位作为保留，置0;

第2位，分段，有两个不同的取值：该位置0，表示可以分段;该位置1，表示不能分段;

第3位，更多分段，同样有两个取值：该位置0，表示这是数据流中的最后一个分段，该位置1，表示数据流未完，后续还有分段，当一个数据报没有分段时，则该位置0，表示这是唯一的一个分段

Fragment Offset:

13位的偏移量字段用来表示分段的数据报在整个数据流中的位置，即相当于分片数据报的顺序号。

发送主机对第一个数据报的偏移量置为0，而后续的分片数据报的偏移量则以网络的MTU大小赋值。偏移量对于接收方进行数据重组的时候，这是一个关键的字段。对于分片的数据段(单位：字节)必须为8的整数倍，否则IP无法表达其偏移量