IP 分片概述

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（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。

回忆 IP 首部（图 3-1），下面这些字段用于分片过程。 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。 该值在数据报分片时被复制到每个片中（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，每个片的总长度值要改为该片的长度值。

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。

当 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 —— 由更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）。

需要重申的是，任何运输层首部只出现在第 1 片数据中。 另外需要解释几个术语：

• IP 数据报是指 IP 层端到端的传输单元（在分片之前和重新组装之后）
• IP 分组是指在 IP 层和链路层之间传送的数据单元。 一个分组可以是一个完整的 IP 数据报，也可以是 IP 数据报的一个分片。

Ref

《TCP/IP 详解 卷 1：协议》第 1 章 概述 11.5 IP 分片