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什么是IP分片技术

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-08-04

  链路层具有最大传输单元MTU这个特性,它限制了数据帧的最大长度,不同的网络类型都有一个上限值。以太网的MTU是1500,你可以用 netstat -i 命令查看这个值。如果IP层有数据包要传,而且数据包的长度超过了MTU,那么IP层就要对数据包进行分片(fragmentation)操作,使每一片的长度都小于或等于MTU。我们假设要传输一个UDP数据包,以太网的MTU为1500字节,一般IP首部为20字节,UDP首部为8字节,数据的净荷(payload)部分预留是1500-20-8=1472字节。如果数据部分大于1472字节,就会出现分片现象。

  1、Identification:发送端发送的IP数据包标识字段都是一个唯一值,该值在分片时被复制到每个片中。

  3、DF:Dont Fragment,“不分片”位,如果将这一比特置1 ,IP层将不对数据报进行分片。

  4、MF:More Fragment,“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。

  5、Fragment Offset:该片偏移原始数据包开始处的位置。偏移的字节数是该值乘以8。

  展开全部链路层具有最大传输单元MTU这个特性,它限制了数据帧的最大长度,不同的网络类型都有一个上限值。以太网的MTU是1500,你可以用 netstat -i 命令查看这个值。如果IP层有数据包要传,而且数据包的长度超过了MTU,那么IP层就要对数据包进行分片(fragmentation)操作,使每一片的长度都小于或等于MTU。我们假设要传输一个UDP数据包,以太网的MTU为1500字节,一般IP首部为20字节,UDP首部为8字节,数据的净荷(payload)部分预留是1500-20-8=1472字节。如果数据部分大于1472字节,就会出现分片现象。

  Identification:发送端发送的IP数据包标识字段都是一个唯一值,该值在分片时被复制到每个片中。

  DF:Dont Fragment,“不分片”位,如果将这一比特置1 ,IP层将不对数据报进行分片。

  MF:More Fragment,“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。

  Fragment Offset:该片偏移原始数据包开始处的位置。偏移的字节数是该值乘以8。

  在计算机网络中IP分片的情况发生在IP层,不仅源端主机会进行分片,中间的路由器也有可能分片,因为不同的网络的MTU是不一样的,如果传输路径上的某个网络的MTU比源端网络的MTU要小,路由器就可能对IP数据报再次进行分片。而分片数据的重组只会发生在目的端的IP层。

  在网络中IP首部有4个字节是用于分片的,如下图所示。前16位是IP数据报的标识,同一个数据报的各个分片的标识是一样的,目的端会根据这个标识来判断IP分片是否属于同一个IP数据报。中间3位是标志位,其中有1位用来表示是否有更多的分片,如果是最后一个分片,该标志位为0,否则为1。后面13位表示分片在原始数据的偏移,这里的原始数据是IP层收到的传输的TCP或UDP数据,不包含IP首部。

  在此需要注意的,在分片的数据中,传输层的首部只会出现在第一个分片中,如下图所示。因为传输层的数据格式对IP层是透明的,传输层的首部只有在传输层才会有它的作用,IP层不知道也不需要保证在每个分片中都有传输层首部。所以,在网络上传输的数据包是有可能没有传输层首部的。

  避免IP分片在网络编程中,我们要避免出现IP分片,那么为什么要避免呢?原因是IP层是没有超时重传机制的,如果IP层对一个数据包进行了分片,只要有一个分片丢失了,只能依赖于传输层进行重传,结果是所有的分片都要重传一遍,这个代价有点大。由此可见,IP分片会大大降低传输层传送数据的成功率,所以我们要避免IP分片。对于UDP包,我们需要在应用层去限制每个包的大小,一般不要超过1472字节,即以太网MTU(1500)—UDP首部(8)—IP首部(20)。对于TCP数据,应用层就不需要考虑这个问题了,因为传输层已经帮我们做了。在建立连接的三次握手的过程中,连接双方会相互通告MSS(Maximum Segment Size,最大报文段长度),MSS一般是MTU—IP首部(20)—TCP首部(20),每次发送的TCP数据都不会超过双方MSS的最小值,所以就保证了IP数据报不会超过MTU,避免了IP分片。

  (1)以太网和802.3对数据帧的长度都有一个限制,其最大值分别是1500和1492个字节。链路层的这个特性称作MTU。不同类型的网络大多数都有一个上限。如果IP层有一个数据要传,且数据的长度比链路层的MTU还大,那么IP层就要进行分片(fragmentation),把数据报分成若干片,这样每一个分片都小于MTU。

  (2)把一份IP数据报进行分片以后,由到达目的端的IP层来进行重新组装,其目的是使分片和重新组装过程对运输层(TCP/UDP)是透明的。由于每一分片都是一个独立的包,当这些数据报的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。

  (3)尽管IP分片过程看起来透明的,但有一点让人不想使用它:即使只丢失一片数据也要重新传整个数据报。why?因为IP层本身没有超时重传机制------由更高层(比如TCP)来负责超时和重传。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(而不是一个分片),没有办法只重传数据报中的一个数据分片。

  (4)使用UDP很容易导致IP分片,TCP试图避免IP分片。那么TCP是如何试图避免IP分片的呢?其实说白了,采用TCP协议进行数据传输是不会造成IP分片的,因为一旦TCP数据过大,超过了MSS,则在传输层会对TCP包进行分段(如何分,见下文!),自然到了IP层的数据报肯定不会超过MTU,当然也就不用分片了。而对于UDP数据报,如果UDP组成的IP数据报长度超过了1500,那么IP数据报显然就要进行分片,因为UDP不能像TCP一样自己进行分段。总结:UDP不会分段,就由我IP来分。TCP会分段,当然也就不用我IP来分了!

  (1)MSS就是TCP数据包每次能够传输的最大数据分段。为了达到最佳的传输效能TCP协议在建立连接的时候通常要协商双方的MSS值,这个值TCP协议在实现的时候往往用MTU值代替(需要减去IP数据包包头的大小20Bytes和TCP数据段的包头20Bytes)所以往往MSS为1460。通讯双方会根据双方提供的MSS值得最小值确定为这次连接的最大MSS值。

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