IP数据报的分片与组装技术深度解析

IP数据报的分片与组装技术深度解析

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/2301_77509762/article/details/143113856

IP 分片和组装

• 16 位标识(id)：唯一标识主机发送的报文。如果 IP 报文在数据链路层被分片了，那么每一个片里面的这个 id 都是相同的。

• 3 位标志字段：

• 第一位保留（保留的意思是现在不用，但是还没想好说不定以后要用到）。

• 第二位置为 1 表示禁止分片，这时候如果报文长度超过 MTU，IP 模块就会丢弃报文。

• 第三位表示"更多分片"，如果分片了的话，最后一个分片置为 0，其他都是 1。类似于一个结束标记。

• 13 位分片偏移(framegament offset)：是分片相对于原始 IP 报文开始处的偏移。其实就是在表示当前分片在原报文中的位置。实际偏移的字节数是这个值除以 8 得到的。因此，除了最后一个报文之外（之前如果都是 8 的整数倍，最后一片的偏移量也一定是 8 的整数倍），其他报文的长度必须是 8 的整数倍（否则报文就不连续了）。

• 注意：片偏移（13 位）表示本片数据在它所属的原始数据报数据区中的偏移量（以 8 字节为单位）。

分片与组装的过程

分片

1. 检查 MTU 限制：

• 当一个 IP 数据报的大小超过了网络的 MTU（最大传输单元）限制时，就需要进行分片。MTU 是数据链路层对 IP 层数据包进行封装时所能接受的最大数据长度（一般 1500 字节，指的是有效载荷）。

2. 分割数据报：

• IP 层将原始的 IP 数据报分割成多个较小的片段。
• 对于每个片段，IP 层会设置相应的标识（Identification）、偏移量（Fragment Offset）和标志位（Flags）等字段。
• 标识字段用于标识属于同一个数据报的不同分片，确保所有分片能够被正确地重新组装。
• 偏移量字段指示了当前分片相对于原始数据报的起始位置，以 8 字节为单位。
• 标志位字段包含了 3 个位，其中 MF（More Fragment）位用于指示是否还有更多的分片，DF（Do Not Fragment）位用于指示数据报是否允许进行分片。

3. 添加 IP 头部：

• 每个分片都会加上自己的 IP 头部，与完整 IP 报文拥有类似的 IP 头结构，但 MF 和 Fragment Offset 等字段的值会有所不同。

4. 发送分片：

• 分片在传输过程中独立传输，每个分片都有自己的 IP 头部，并且各自独立地选择路由。

组装

1. 接收分片：

• 当目的主机的 IP 层接收到这些分片后，会根据标识字段将属于同一个数据报的所有分片挑选出来。

2. 排序与组装：

• 利用片偏移字段，IP 层会对属于同一个数据报的分片进行排序。
• 当所有的分片都到达并正确排序后，IP 层会将这些分片重新组装成一个完整的 IP 数据报。

3. 传递给上层协议：

• 组装好的 IP 数据报会传递给上层的协议进行处理。

注意

• IP 分片对传输层是透明的，这意味着传输层无需关心数据是否被分片以及如何重新组装。
• 任何一片的丢失都可能导致超时重传，意味着分片与组装会增加丢包的概率。
• 接收方如何得知自己收到的报文分片了？
• 如果没有分片，则更多分片标志位 FWF 为 0 且片偏移为 0；分片了，则 WF != 0 或者 片偏移 != 0。
• 接收方如何得知自己收到的分片收全了？
• 将 16 位标识相同的聚在一起，然后排升序，偏移量 * 8 + 自己有效载荷大小 = 下一片的偏移量。

分片与组装过程的示意图

• 假设在 IP 层，有一个大小为 3000 字节的报文，如何分片？如何组装呢？

• 注意：偏移量的大小，是在原报文中的偏移量，如下图：第一片的有效载荷为 1480，加上报头，为 1500 字节，但是偏移量是 1480，因为在原报文中偏移量为 1480，而不是 1500。

• 组装：保证收全了，然后排序组装。