ip分片tcp分段(tcpip几层)

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原文地址:动图插画！既然IP层会碎片化，TCP层为什么要碎片化？
什么是TCP分段和IP分片？我们知道网络就像一根管子，管子会有厚度。
一个数据包想通过这个管道从管道的一端传到另一端。(废话)
但是，数据包的量有大有小。如果你考虑管道，数据包不能大于管道的厚度。
问题来了。数据包太大怎么办？
答案很简单。会把包切成小块。这样，数据就可以从大到小顺利转移。
回头看看网络分层协议，数据先经过传输层，再到网络层。
这种行为可能发生在传输层和网络层。
在传输层(TCP协议)，它被称为分段。
在网络层(IP层)，称为碎片化。(注意，下面提到的IP是指IPV4，除非另有说明)
那么不管是分片还是分段，都要按照一定的长度分段。
在TCP中，这个长度是MSS。
在IP层，这个长度是MTU。
MSS和MTU是什么关系？这在之前的文章中简单提到过。一个人出去。
什么是MSS MSS？MSS:最大分段大小。TCP向IP层提交的最大段大小，不包括TCP头和TCP选项，只包含TCP净荷，MSS是TCP限制应用层发送的最大字节数。假设MTU= 1500字节，MSS = 1500-20 (IP头)-20 (TCP头)= 1460字节。如果应用层有2000字节的传输，需要两个切片才能完成传输，第一个TCP切片= 1460，第二个TCP切片= 540。
如何查看MSS？我们都知道TCP三次握手，MSS会在三次握手的过程中发送给对方，用来通知对方本地最大可接受的TCP报文数据大小(不包括TCP和IP报文头)。
比如上图中，B向A发送其MSS，建议A在向B发送数据时使用MSS=1420进行分段，而当B向A发送数据时，也会带来MSS=1372。两者比较后，取较小的值(1372)作为通信的MSS值。这个过程称为MSS协商。
另外，一般情况下，MSS+20(TCP头)+20(IP头)= MTU，上图抓包图对应的MTU分别为1372+40和1420+40。在同一条路径上，MTU不一定是对称的，也就是说，A到B and B到A，两条路径上的MTU可以不同，对应的ms也可以不同。
三次握手协商MSS后不会改变吗？当然，每次执行TCP发送消息的功能时，都会重新计算MSS，然后进行分段。
如果对端不传输MSS会怎么样？我们来看看TCP的报头。
实际上，MSS是作为一个选项引入的，但一般来说，MSS将被传输。但是，如果有任何机器在实现中调皮捣蛋，MSS将不会作为选项传输。对面呢？
如果没有收到对方TCP的MSS，本地TCP默认为MSS = 536字节。
为什么是536？
Br536(数据)+20(tcp报头)+20(ip报头)= 576字节
如前所述，IP将被切片，然后切片并重组，而这个576正好是IP最小重组缓冲区的大小。
MTU MTU是什么？MTU:最大传输单位，最大传输单位。实际上，这是由数据链路层提供的，以便告诉上层IP层它的传输容量是多少。IP层会据此拆分数据包。通用MTU=1500字节。假设IP层有:需要发送的1500字节数据，需要分片才能完成发送。分片后的IP头ID是一样的。同时，为了在接收端组装分片后的分片，需要在分片后的IP包中加入各种信息。例如该片段在原始IP分组中的偏移。
如何检查MTU？在mac控制台中输入ifconfig命令，您可以看到MTU值是多少。
br $ ipconfigbrlo 0:flags = 8049 MTU 16384 br...bren0: flags=8863 mtu 1500br...brp2p0: flags=8843 mtu 2304br...
你可以看到上面有几个MTU。可以简单理解为每个网卡的处理能力不同，所以对应的MTU也不同。当然这个值是可以修改的，但不在今天讨论的范围内，不展开。
在一台机器的应用层到这台机器网卡的这条链路上，基本上可以保证MSS
为什么MTU一般是1500，其实是传输效率决定的。首先，虽然我们平时用的网络感觉挺稳定的，但其实这是因为TCP在幕后做各种重传，保证传输的可靠性。其实在幕后，线路是容易丢包的，数据包越大，丢包的概率越大。
包不是越小越好吗？也不
但是如果你选择一个相对较小的长度，假设你选择300Byte的MTU，TCP净荷= 300-IP头-TCP头= 300-20-20 = 260字节。有效传输效率= 260/300 = 86%
而如果以太网长度为1500，有效传输效率= 1460/1500 = 96%，显然远高于86%。
所以包越小越不容易丢包，包越大传输效率越高。所以选择1500作为取舍。
为什么IP层是碎片化的，TCP也要碎片化？因为IP层本身会做碎片化。即使TCP不分段，到达IP层时，数据包也会被分段，数据也能正常传输。
既然网络层会碎片化，TCP为什么要碎片化？不是没必要吗？
假设有一大块数据，在TCP层没有分段。如果这个数据在发送的过程中发生丢包，TCP会重传，那么重传的就是这一大段数据(虽然IP层会把数据分成N个MTU长度的包，但是TCP重传的单位就是那一大段数据)。
如果TCP把这个数据分割成n个小于等于MSS长度的包，到达IP层后加上IP头和TCP头，还是小于MTU，那么IP层就不会再分包了。此时传输路上发生丢包，TCP只重传一小部分MSS段。效率会比TCP不分段时高。
同样的，除了TCP，传输层也有UDP协议，但是UDP本身是无法分段的，所以当数据量很大的时候，只能通过IP层分段，然后传输到底层进行传输。
也就是说，一般情况下，在一台机器的传输层到网络层的链路上，如果传输层对数据进行了分段，IP层就不会再分段了。如果传输层不分段，IP层可能会分段。
说白了就是在TCP中对数据进行分段，这样就不需要在IP层进行分段，重传的时候只重传少量的分段数据。
如上所述，在发送端，经过TCP分段后，IP层不会被分段。
但是，在整个传输链路中可能存在其他网络层设备，这些设备的MTU可能小于发送方的MTU。尽管数据包在发送方已经被分段，但它将在IP层再次被分段。
如果链路上有其它MTU更小的设备，它们将再次被分段，最后所有的分段将在接收端被组装。
因此，即使经过TCP分段，链路上其他节点的IP层也可能再次被分段，即使数据第一次被IP分段，也可能第二次、第三次、第四次被其他机器的IP层分段。
IP层怎么才能不碎片化？在上面提到的IP层的传输过程中，由于节点之间的MTU可能不同，数据可能会被分段多次。而且，各种信息都要加到每个片段上，方便接收端的片段重组。那么IP层能不碎片化吗？
如果有办法知道整个链路上最小的MTU是多少，以最小的MTU长度发送数据，那么无论数据到哪个节点，都不会出现碎片。
整个链路中最小的MTU称为PMTU(路径MTU)。
有一种方法可以得到这个PMTU，叫做Path MTU Discovery。
br $ cat/proc/sys/net/IP v4/IP _ no _ pmtu _ disc br 0
默认值为0，表示开启PMTU发现功能。一般现在机器是开着的。
原理比较简单。首先，我们回过头来看看IP数据头。
有一个红旗位DF(不分片)，当它置1时，表示这个IP报文没有分片。
当链路上的路由器收到这个报文，当IP报文长度大于路由器的MTU时，路由器会查看这个IP报文的DF。

如果为0(允许分片)，则进行分片，并将分片后的数据传输到下一个路由器。

如果它是1，数据将被丢弃，一个ICMP包将被返回给发送者，它将被告知“baa！”数据不可达，所以需要碎片化，用当前机器的MTU。了解了上面的原理之后，我们再来看看PMTU发现是如何实现的。

使用TCP正常发送消息。TCP在传输层分段后，在网络层添加IP头，设置DF为1，然后将消息发送到下层。

这时候链路上有一个路由器因为各种原因MTU变小了。

IP消息到达此路由器。路由器发现报文长度大于自己的MTU，报文有自己的DF，防止了分片。把信息扔了吧。同时向发送方返回一个ICMP错误，并自带MTU。

当发送方收到此ICMP消息时，它将更新其MTU并将其记录在PMTU表中。

因为TCP的可靠性，它会尝试重传这个消息，同时用这个新的MTU值计算MSS进行分段。这时，新的IP包可以被刚才的路由器成功转发。

如果路径上有MTU更小的路由器，上面发生的情况还会发生。摘要数据在TCP中是分段的，所以在IP层不需要分段。同时，重传时只重传少量分段数据。

使用MSS进行TCP分段，使用MTU进行IP分段。

MSS由MTU计算，可能会在三次握手和发送消息时发生变化。

IP碎片化是不得已而为之。尽量不要在IP层分片，尤其是链路上中间设备的IP分片。所以在IPv6中，禁止中间节点设备对IP报文进行分片，只能在链路的始端和末端进行分片。

连接建立后，当路径上节点的MTU值发生变化时，可以通过PMTU发现并更新发送方的MTU值。在这种情况下，PMTU通过浪费N个发射机找到将被交换的PMTU。TCP因为重传可以保证可靠性，相当于UDP中直接丢失消息。最后，画一幅动人的画太难了。。。看完请赞一下。下一次，画面会更猛。
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