ip分片
我們在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上所看到的分片一般是指ip分片，ip分片是指在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中若遇到鏈路MTU比自己報(bào)文小的情況則進(jìn)行分片。
MTU（最大傳輸單元）
MTU是鏈路層中的網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)幀的一個(gè)限制，以以太網(wǎng)為例，MTU為1500個(gè)字節(jié)。一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)在以太網(wǎng)中傳輸，如果它的長度大于該MTU值，就要進(jìn)行分片傳輸，使得每片數(shù)據(jù)報(bào)的長度小于MTU。分片傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)報(bào)不一定按序到達(dá)，但I(xiàn)P首部中的信息能讓這些數(shù)據(jù)報(bào)片按序組裝。IP數(shù)據(jù)報(bào)的分片與重組是在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)完成的。
ip首部中分片的標(biāo)志位
標(biāo)識（Identification）：
占16位。IP軟件在存儲器中維持一個(gè)計(jì)數(shù)器，每產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，計(jì)數(shù)器就加1，并將此值賦給標(biāo)識字段。但這個(gè)“標(biāo)識”不是序號，因?yàn)镮P是無連接服務(wù)，數(shù)據(jù)報(bào)不存在按序接收的問題。當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)由于長度超過網(wǎng)絡(luò)的MTU而必須分片時(shí)，這個(gè)標(biāo)識字段的值就被復(fù)制到所有的數(shù)據(jù)報(bào)片的標(biāo)識字段中。相同的標(biāo)識字段的值使分片后的各數(shù)據(jù)報(bào)片最后能正確地重裝成為原來的數(shù)據(jù)報(bào)。
標(biāo)志（Flags ）：
標(biāo)志（flags）占用3位（即16 - 18），這三位分別是：R，DF，MF三位，第一位是保留位，沒有被使用，目前只有后兩個(gè)比特有意義。
R：標(biāo)志字段中的第一位是一個(gè)保留位，現(xiàn)在還沒有使用，可能將來會(huì)用到這位
D：標(biāo)志字段中間的一位是 DF (Don’t fragment)，表示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不允許分片。一般DF = 1的話，表示數(shù)據(jù)一次性傳輸過去，不允許分片。
M：標(biāo)志字段的最低位是 MF (More fragment)。代表數(shù)據(jù)是否分片，如果MF位值為1，表示后面還有數(shù)據(jù)，還沒有傳輸完畢，相當(dāng)于數(shù)據(jù)分片，分批次傳輸，如果MF = 0表示最后一個(gè)分片或者只有一個(gè)分片。
這三位同一時(shí)刻也是只能有一個(gè)位的值能設(shè)置為1
片偏移（Fragment offset）：
占用13位：每次分片傳輸?shù)臄?shù)據(jù)之間的偏移距離，也就是某分片的數(shù)據(jù)在原數(shù)據(jù)中的相對位置，一般偏移以8字節(jié)為單位。比如：在網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)膇p數(shù)據(jù)報(bào)總長度最大不能超過65535字節(jié)，如果超過了，要么對ip數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分片傳輸，否則將丟棄。
互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)互相通信。設(shè)計(jì)要迎合不同物理性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò); 它是獨(dú)立于鏈路層使用的基礎(chǔ)傳輸技術(shù)。具有不同硬件的網(wǎng)絡(luò)通常會(huì)發(fā)生變化，不僅在傳輸速度，而且在最大傳輸單元（MTU）。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)要的數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到具有較小MTU的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它可能片段的數(shù)據(jù)報(bào)。
當(dāng)路由器收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，它會(huì)檢查目的地址，并確定出接口使用，并且該接口的MTU。如果分組的大小是比MTU大，并且在該分組的頭中的不分段（DF）位被設(shè)置為0，則路由器可對其進(jìn)行分片。
分片機(jī)制有一定的缺陷：分片越多，分片丟失的機(jī)率就越大，對于一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，一旦一個(gè)分片丟失，那么整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)就要重傳；每一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都要復(fù)制報(bào)頭（只復(fù)制ip包頭），這在一定程度上增加了帶寬消耗。
重組
組裝時(shí)，需要重新設(shè)置首部的某些字段
修改分片標(biāo)志和片偏移量字段
首部其他字段復(fù)制原來數(shù)據(jù)報(bào)首部的相應(yīng)字段。
在IP頭里面有16bit的識別號唯一記錄了一個(gè)IP包的ID,以確定這幾個(gè)分片是否屬于同一個(gè)包，具有同一個(gè)ID的IP分片將會(huì)從新組裝。13bit的片偏移記錄了一個(gè)IP分片相對于整個(gè)包的位置。3bit的標(biāo)志位記錄了該分片后面是否還有新的分片。這三個(gè)分片組成了IP分片的所有的信息。
分片的具體場景
1.如果在源主機(jī)的以太網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)包裝，且tcp/udp向ip傳送的數(shù)據(jù)包大于MTU1500字節(jié)，將在ip層進(jìn)行分片。
2.在數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)鏈路（路由器）中傳輸?shù)臅r(shí)候，每個(gè)路由器的MTU不一定相同，如果其中一個(gè)MTU只為800，則會(huì)觸發(fā)ip分片，將1500字節(jié)的數(shù)據(jù)包拆成兩個(gè)符合長度的數(shù)據(jù)包（但不一定會(huì)分片，由ip首部的兩個(gè)標(biāo)志位MF：More Fragment 和DF：Don't Fragment決定）如果是DF被設(shè)置，將會(huì)觸發(fā)ICMP協(xié)議，將當(dāng)前數(shù)據(jù)包丟棄，并把當(dāng)前路由的MTU回傳給源主機(jī)。
TCP分片與重組
MSS(Maximum Segment Size，最大報(bào)文長度)是TCP里的一個(gè)概念（首部的選項(xiàng)字段中）。MSS是TCP數(shù)據(jù)包每次能夠傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)分段，TCP報(bào)文段的長度大于MSS時(shí)，要進(jìn)行分段傳輸。TCP協(xié)議在建立連接的時(shí)候通常要協(xié)商雙方的MSS值，每一方都有用于通告它期望接收的MSS選項(xiàng)（MSS選項(xiàng)只出現(xiàn)在SYN報(bào)文段中，即TCP三次握手的前兩次）。MSS的值一般為MTU值減去兩個(gè)首部大?。ㄐ枰獪p去IP數(shù)據(jù)包包頭的大小20Bytes和TCP數(shù)據(jù)段的包頭20Bytes）所以如果用鏈路層以太網(wǎng)，MSS的值往往為1460。而Internet上標(biāo)準(zhǔn)的MTU（最小的MTU，鏈路層網(wǎng)絡(luò)為x2.5時(shí)）為576，那么如果不設(shè)置，則MSS的默認(rèn)值就為536個(gè)字節(jié)。很多時(shí)候，MSS的值最好取512的倍數(shù)。TCP報(bào)文段的分段與重組是在運(yùn)輸層完成的。
TCP在建立連接時(shí)進(jìn)行三次握手，前兩個(gè)握手包中雙方互相聲明自己的MSS，客戶端聲明MSS=8960，服務(wù)器端聲明了MSS=1460。三次握手之后，客戶端的MTU值比服務(wù)器端大，如果發(fā)送一個(gè)9000字節(jié)的包過去可能被分片或丟棄。因此客戶端會(huì)把自己的MSS也降到1460字節(jié)。
TCP分段的原因是MSS，IP分片的原因是MTU，由于一直有MSS<=MTU，很明顯，分段后的每一段TCP報(bào)文段再加上IP首部后的長度不可能超過MTU，因此也就不需要在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行IP分片了。因此TCP報(bào)文段很少會(huì)發(fā)生IP分片的情況。
再來看UDP數(shù)據(jù)報(bào)，由于UDP數(shù)據(jù)報(bào)不會(huì)自己進(jìn)行分段，因此當(dāng)長度超過了MTU時(shí)，會(huì)在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行IP分片。同樣，ICMP（在網(wǎng)絡(luò)層中）同樣會(huì)出現(xiàn)IP分片情況。
tcp mss
TCP在三次握手建立連接過程中，會(huì)在SYN報(bào)文中使用MSS（Maximum Segment Size）選項(xiàng)功能，協(xié)商交互雙方能夠接收的最大段長MSS值。
MSS是傳輸層TCP協(xié)議范疇內(nèi)的概念，顧名思義，其標(biāo)識TCP能夠承載的最大的應(yīng)用數(shù)據(jù)段長度，因此，MSS=MTU-20字節(jié)TCP報(bào)頭-20字節(jié)IP報(bào)頭，那么在以太網(wǎng)環(huán)境下，MSS值一般就是1500-20-20=1460字節(jié)。
客戶端與服務(wù)器端分別根據(jù)自己發(fā)包接口的MTU值計(jì)算出相應(yīng)MSS值，并通過SYN報(bào)文告知對方。
tcp分片和ip分片的區(qū)別
IP分片產(chǎn)生的原因是網(wǎng)絡(luò)層的MTU；TCP分段產(chǎn)生原因是MSS
IP分片由網(wǎng)絡(luò)層完成，也在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行重組；TCP分段是在傳輸層完成，并在傳輸層進(jìn)行重組
對于以太網(wǎng)，MSS為1460字節(jié)，而MUT往往會(huì)大于MSS
故采用TCP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，是不會(huì)造成IP分片的。若數(shù)據(jù)過大，只會(huì)在傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)分段，到了IP層就不用分片。而我們常提到的IP分片是由于UDP傳輸協(xié)議造成的，因?yàn)閁DP傳輸協(xié)議并未限定傳輸數(shù)據(jù)報(bào)的大小。
