互联网协议(IP)是整个互联网架构的基础,可以支持不同的物理层网络,即IP层独立于链路层传输技术。不同的链路层不仅在传输速度上有差异,还在帧结构和大小上有所不同,不同MTU参数描述了数据帧的大小。为了实现IP数据包能够使用不同的链路层技术,需要将IP数据包变成适合链路层的数据格式,IP报文的分片即是IP数据包为了满足链路层的数据大小而进行的分割。
在IPv6不要求路由器执行分片操作,而是将检测路径最大传输单元大小的任务交给了主机。
分片
当设备收到IP报文时,分析其目的地址并决定要在哪个链路上发送它。MTU决定了数据载荷的最大长度,如IP报文长度比MTU大,则IP数据包必须进行分片。每一片的长度都小于等于MTU减去IP首部长度。接下来每一片均被放到独立的IP报文中,并进行如下修改:
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总长字段被修改为此分片的长度;
-
更多分片(MF)标志被设置,除了最后一片;
-
分片偏移量字段被调整为合适的值;
-
首部检验和被重新计算。
例如,对于一个长20字节的首部和一个MTU为1,500的以太网,分片偏移量将会是:0、(1480/8)=185、(2960/8)=370、(4440/8)=555、(5920/8)=740、等等。
如果报文经过路径的MTU减小了,那么分片可能会被再次分片。
比如,一个4,500字节的数据载荷被封装进了一个没有选项的IP报文(即总长为4,520字节),并在MTU为2,500字节的链路上传输,那么它会被破成如下两个分片:
# | 总长 | 更多分片(MF)? | DF | 分片偏移量 | |
---|---|---|---|---|---|
首部 | 数据 | ||||
1 | 2500 | 是 | 0 | 0 | |
20 | 2480 | ||||
2 | 2040 | 否 | 0 | 310 | |
20 | 2020 |
假设下一跳的MTU为1,500字节,那么每一个分片都会被再次分成两片(由于数据片段只有在目的主机才重新被组成数据报,因此再次分片是针对每个在网络中传输的数据帧):
# | 总长 | 更多分片(MF)? | DF | 分片偏移量 | |
---|---|---|---|---|---|
首部 | 数据 | ||||
1 | 1500 | 是 | 0 | 0 | |
20 | 1480 | ||||
2 | 1020 | 是 | 0 | 185 | |
20 | 1000 | ||||
3 | 1500 | 是 | 0 | 310 | |
20 | 1480 | ||||
4 | 560 | 否 | 0 | 495 | |
20 | 540 |
第3和4片是从原始第2片再次分片而来,所以除了分片后的最后一个分片外MF为都为1。
重组
当一个接收者发现IP报文的下列项目之一为真时:
-
DF标志为0;
-
分片偏移量字段不为0。
它便知道这个报文已被分片,并随即将数据、标识符字段、分片偏移量和更多分片标志一起储存起来。
当接受者收到了更多分片标志未被设置的分片时,它便知道原始数据载荷的总长。一旦它收齐了所有的分片,它便可以将所有片按照正确的顺序(通过分片偏移量)组装起来,并交给上层协议栈。