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对于IP分片和组装的总结 当一个IP数据报的大小超过网络的MTU(最… 个人主页 个人主页 个人专栏 《数据结构》 《C语言》《C》《Linux》《网络》 《redis学习笔记》 文章目录 前言16位标识3位标志13位片偏移分片组装总结 前言
对于IP分片和组装的总结 当一个IP数据报的大小超过网络的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报长度。 MTU可以通过ifconfig查看 16位标识3位标志13位片偏移 IP分片和组装主要和 16位标识3位标志13位片偏移 有关。
16位标识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那每一片里的 16位标识相同3位标志13位片偏移分片相对于原始IP报文开始处的偏移(不包含报头)。
这里有一个小问题IP报文的总长度是16位那有没有一个可能最后一个分片相对于原始IP报文开始的偏移量大于最大13位片偏移这怎么处理 实际上这个偏移量的单位是 8字节偏移量必须是8的整数倍。因此实际可以表示的偏移范围是 0 到 ( 2 ^ 13 - 1) * 8 8191 * 8 65528字节大于 IP报文能表示的最大长度 65535字节(包含报头 和 数据)。
有了以上了解现在我们来看看在IP层有一个大小为3000字节的报文如何分片如何组装
分片
我们知道在网络中传输的都是报文也就是说每一个IP分片也都是完整的IP报文。 IP报文大小为3000字节IP报头的16位标识为111超过MTU(1500)需要分片。 我们先将IP报文的前1500字节组成一个新的IP报文。 那么IP报头的 16位标识1113位标志MF(1)13位片偏移0。 16位标识要与分片前的16位标识相同MF置1表示还有更多分片13位片偏移为0表示分片相对于原始IP报文的偏移量是0。 我们再对剩下的1500字节进行分片。因为每个IP分片也都是完整的IP报文所以我们不能将这1500字节一次处理完毕(IP报文有20字节)我们需要分成 1480 字节 和 20 字节两部分处理。
组装新的IP报头 16位标识于原16位标识一致 后面还有20字节的没处理的报文数据3位标志MF(1) 该分片与原始IP报文的偏移量(不包含IP报头)为1480又因为13位片偏移的单位是8字节那么13位偏移量就是185。
组装新的IP报头 16位标识于原16位标识一致 该分片已经是最后一个了3位标志MF(0) 该分片与原始IP报文的偏移量为2980又因为13位片偏移的单位是8字节那么13位偏移量就是370。 这样我们就对 3000字节大小的IP报文进行了分片。 总结流程如下
检查MTU限制当一个IP数据报的大小超过网络的MTU限制时就需要进行分片分割数据报IP层将原始IP数据报分割成多个较小的片段对每个片段IP层会设置相应的16位标识3位标志13位片偏移添加IP头部每个分片都是加上自己的IP头部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报文头部并且各自独立的选择路由
组装 现在接收方收到了从发送方来的三个IP报文。我们站在阅读者的角度知道这三个IP报文大概率是上文分好的三个IP分片可站在接收方的角度他如何知道这三个IP报文是分片怎么知道是否把IP分片收完毕竟想要对IP分片进行组装那要先识别和收完。 识别IP分片这个好办。 接收方可以查看IP报文的 3位标志 和 13位片偏移来判断
如果不是分片MF(0) 片偏移0如果是分片MF(1) || 片偏移 ! 1 接收方怎么保证把分片收全 分片收全不好考虑但分片丢失只有三种情况第一片分片丢失中间分片丢失最后一片分片丢失。我们只要保证这三种情况没有发生不就保证了分片收全了。 第一片分片丢失我们只需查看这些分片中是否有13位片偏移为0的分片如果存在则第一片分片没有丢失如果不存在则第一片分片丢失 中间片丢失我们只需对这些分片按片偏移量进行排序在遍历这些分片时检查 该分片的片偏移量 * 8 该分片的有效载荷大小 下一片的片偏移量 * 8如果等于表示中间没有分片丢失如果不等于表示中间有分片丢失。 最后一片分片丢失我们只需查看这些分片中是否存在MF 为 0的分片即可如果存在则最后一片分片没有丢失如果不存在则最后一片分片丢失。 至此接收方可以识别和判断是否收完分片。 总结流程如下
接受分片当目的主机的IP层接受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排序与组装IP层会对属于同一个数据报的分片按照片偏移字段进行升序排序当所有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数据报传递给上层协议
总结
IP分片对传输层是透明的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 以上就是IP分片和组装的过程
