IP分片與重組詳解

你們對IP數據包頭，應該不陌生吧

分片即是與圖中圈出來的兩個地址有關，本文也是將主要圍繞他們展開。

那咱們先來了解他們的概念。

 

標誌
一個三比特字段遵循與用於控制或識別片斷。他們是（按順序，從高分以低位）：
0：保留; 必須爲零。
1位：不分段（DF）
2位：更多片斷（MF）
若是DF標誌被設置，而且分片須要來路由分組，則該分組被丟棄。這能夠發送分組到不具備足夠的資源來處理破碎的宿主時，可使用。它也可用於路徑MTU發現由主機IP軟件，能夠自動或使用診斷工具例如手動平或跟蹤路由。對於未分段的數據包，對MF標誌被清除。對於分片包，除了最後的全部片斷具備MF標誌設置。最後片斷具備一個非零片偏移量字段，從一個未分段的分組區分它。


分片偏移
片斷偏移字段以8字節塊爲單位進行測量。它是13位長，並指定特定相對於原始未分段的IP數據報的開始的片斷的偏移量。零第一片斷已偏移。這容許最多（2偏移13（次方）  - 1）×8 =字節65,528，這將超過65,535字節的最大IP報文長度與包括報頭長度（+ 65,528 20 = 65548字節）。

 

爲何要分片呢？

互聯網協議使網絡互相通訊。設計要迎合不一樣物理性質的網絡; 它是獨立於鏈路層使用的基礎傳輸技術。具備不一樣硬件的網絡一般會發生變化，不只在傳輸速度，並且在最大傳輸單元（MTU）。當一個網絡要的數據報發送到具備較小MTU的一個網絡，它可能片斷的數據報。在IPv4中，這個功能被放置在因特網層，而且在IPv4路由器，這所以只須要這個層做爲最高的一個在其設計中實現的處理。
與此相反，IPv6的，下一代互聯網協議的，不容許的路由器來執行分片; 發送數據包以前，主機必須肯定路徑MTU。


分片
當路由器收到一個數據包時，它會檢查目的地址，並肯定出接口使用，而且該接口的MTU。若是分組的大小是比MTU大，而且在該分組的頭中的不分段（DF）位被設置爲0，則路由器可分段的數據包。
路由器將所述分組成片斷。每一個片斷的最大尺寸是MTU減去IP包頭的大小（20字節最低; 60個字節的最大值）。路由器會在每一個片斷到其本身的數據包，有如下改變每一個分片報文：
該總長度字段是片斷大小。
所述多個片斷（MF）標誌被設置爲除了最後一個，這被設置爲0的全部片斷。
該片斷的偏移字段被設置的基礎上，在原來的數據有效載荷的片斷的偏移量。這是在8字節塊爲單位進行測量。
該頭校驗域被從新計算。

例如，對於1500字節的MTU和20個字節的報頭大小，該片斷的偏移將是（1500年至1520年）/ 8 = 185。這些倍數倍數0，185，370，555，740，...


它有可能爲一包在一個路由器進行分段，並在另外一路由器進行分段的片斷。例如，考慮4500個字節，沒有選項大小和20字節的IP報頭大小傳輸層段。所以IP分組大小爲4,520字節。

 

重組
接收機知道一個分組是片斷，若是知足下列條件中的至少一個爲真：

「更多碎片」標誌設置。（這是除最後全部片斷真）。
在「片斷偏移」字段是零。（這是爲除第一全部片斷真）

接收器標識匹配使用外國和當地的互聯網地址，協議號，和識別領域的片斷。接收器將重組從片斷數據與同時使用的片斷偏移和多個片斷標誌相同的ID。當接收機接收的最後一個片斷（其具備的「更多片斷」標誌設置爲0），它能夠經過乘以最後一個片斷的八個偏移，並加入最後一個片斷的數據的大小來計算的原始數據有效載荷的長度，。在上面的例子中，這一計算是495 * 8 + 540 = 4500字節。


當接收機具備全部的片斷，它能夠把它們在正確的順序，經過使用他們的偏移。而後，它能夠經過他們的數據的堆棧做進一步處理。