前言
????????在網絡通信中，當IP層需要傳輸的數據包大小超過數據鏈路層的MTU限制時，就必須進行分片處理。本文將完整解析IP分片的工作機制，包括分片字段的作用、如何減少分片，以及分片報文的組裝原理。

IP報頭解析請參考：子網劃分核心原理 (網絡原理1)-CSDN博客

????????在上一期的IP報頭解析文章中，我們遺留了幾個關鍵字段未作詳述，即16位標識符、3位標志位以及13位片偏移量。這些字段實際上與IP分片和組裝機制緊密相關，本章將對此展開詳盡講解。

一、什么是分片技術？

????????由于物理介質等因素的限制，數據鏈路層規定從上層接收下來的完整報文大小不超過MTU（最大的傳送單元），標準通常是1500字節。就像寄包裹時不能超過1kg，需要我們分成小塊寄。

????????如果從IP層傳下來的超過MTU就需要分片發送。到了對端IP層會再進行組裝。

????????分片并不是一件好事，分片會增加丟包率——任意一個分片丟失都會導致整個報文失效。舉個例子，假設報文的丟包率為1%，而一個報文被分成10份。要保證每一個報文都收到，才算不丟包，那么丟包率就變為1-99%^10，最后丟包率變為10%左右。

????????所以分片和組裝不是主流，是被迫為之，不是“原罪”。既然分片有顯著弊端，如何減少？關鍵在哪一層控制？

????????為什么說IP分片是被迫為之，傳輸層并不關心報文大小，只管將數據傳給網絡層，最終必須交付給對端傳輸層。而數據鏈路層的標準是不能超過1500字節，那么網絡層夾在中間就很為難，需要自己解決這個問題，所以有了分片技術，在IP層分片交付到對端IP層在進行組裝。分片技術的分與組均由網絡層獨立完成，與其他層解耦。

? ? ? ? 所以要減少分片，即IP層的工作。那么就要從數據鏈路層的下手。

? ? ? ? 怎么控制傳輸層數據量減少分片？MTU為1500字節，去掉IP報頭20字節，那么從傳輸層傳輸下來的報文就要控制在1480字節以下。去掉傳輸層報頭20字節，那么從發送緩存區取的報文就要控制在1460字節（稱為MSS 最大段尺寸）以下。

????????而數據發送多少又跟滑動窗口有關。滑動窗口里面的數據是分段發送的，而不是大塊數據一次性發送，就是在控制數據發送量減少分片。

關于滑動窗口講解：TCP協議可靠性設計的核心機制與底層邏輯-CSDN博客

注意：不同鏈路層有自己的?MTU，網絡層需要兼容。

二、IP報頭分片字段作用：

• 16位標識：相同報文分出來的分片包標識相同，不同報文及它們的分片包不同。該字段是用來把分片包分類的。
• 3位標志：
  • 第1位：未來功能擴展是使用。
  • 第2位：是否禁止分片（1表示禁止分片，被禁止分片的報文超過MTU直接丟包），通常都是設位0。
  • 第3位：更多分片。表示是否有更多分片，1表是有更多分片，0表示最后一分片。
• 13位片偏移：表示當前分片包在第一個分片包的相對偏移位置。

三、如何分片和組裝？

接下來講解分片是如何組裝的，理解如何組裝，如何分片自然就能理解。

首先需要甄別出是否是分片報文？

????????看3位標志的第三位，如果是1，那么它100%是分片報文。如果是0我們還不能確定，需要繼續看13位片偏移，如果不為0則就是分片報文（而且是最后一片）。對立的，如果3位標第3位為0，且13位片偏移為0則不是分片報文。

? ? ? ? 確定它是分片報文后，通過16位標識把它分類（相同報文的放在一起）。

怎么判斷分片報文是否已經收全了？（或是否有丟失？）

劃分為三種情況檢測，第一片，中間片，最后一片。

• 如果有13位片偏移為0的分片報文，則第一片沒有丟失。
• 3位標志的第三位，如果是0的分片報文，則最后一片沒有丟失。
• 判斷中間片是否丟失可以把所有分片報文按13位片偏移排序（升序），13位片偏移+自己的報文長度就是下一片的13位片偏移，如果找不到對應的片，那就是丟失了。

如何組裝？

????????按13位片偏移升序排序后直接拼接就好。

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