IPv4数据报分片

并不是所有链路层协议都能承载相同长度的网络层分组。有的协议能承载大数据报，而有的协议只能承载小分组。比如，以太网帧能够承载不超过1500字节的数据，而某些广域网链路的帧可承载不超过576字节的数据。一个链路层帧能承载的最大数据量叫作最大传输单元（Maximum Transmission Unit,MTU）。因为每个IP数据报封装在链路层帧中从一台路由器传输到下一台路由器，故链路层协议的MTU严格地限制着IP数据报的长度。对IP数据报长度具有严格限制并不是主要问题。问题在于发送方与目的地路径上的每段链路可能使用不同的链路层协议，且每种协议可能具有不同的MTU。假定从某条链路收到一个IP数据报，通过检查转发表确定出链路，并且该条出链路的MTU比该IP数据报的长度要小。解决该问题的方法是将IP数据报中的数据分片成两个或更多个较小的IP数据报，用单独的链路层帧封装这些较小的IP数据报，然后通过输出链路发送这些帧。每个这些较小的数据报都称为片（fragment）。

片在其到达目的地运输层以前需要重新组装。TCP与UDP的确都希望从网络层收到完整的、未分片的报文。IPv4的设计者感到在路由器中重新组装数据报会给协议带来相当大的复杂性并且影响路由器的性能。为坚持网络内核保持简单的原则，IPv4的设计者决定将数据报的重新组装工作放到端系统中，而不是放到网络路由器中。

当一台目的主机从相同源收到一系列数据报时，它需要确定这些数据报中的某些是否是一些原来较大的数据报的片。如果某些数据报是这些片的话，则它必须进一步确定何时收到了最后一片，并且如何将这些接收到的片拼接到一起以形成初始的数据报。为了让目的主机执行这些重新组装任务，IPv4的设计者将标识、标志和片偏移字段放在IP数据报首部中。当生成一个数据报时，发送主机在为该数据报设置源和目的地址的同时贴上标识号。发送主机通常将它发送的每个数据报的标识号加1。当某路由器需要对一个数据报分片时，形成的每个数据报（即片）具有初始数据报的源地址、目的地址与标识号。当目的地从同一发送主机收到一系列数据报时，它能够检查数据报的标识号以确定哪些数据报实际上是同一较大数据报的片。由于IP是一种不可靠的服务，一个或多个片可能永远到达不了目的地。因为这种原因，为了让目的主机绝对相信它已经收到了初始数据报的最后一个片，最后一个片的标志比特被设为0，而所有其他片的标志比特被设置为1。另外，为了让目的主机确定是否丢失一个片（且能按正确的顺序重新组装片），使用偏移字段指定该片应放在初始IP数据报的哪个位置。

IP数据报分片举例

一个4000字节的数据报（20字节IP首部加上3980字节IP有效载荷）到达一台路由器，且必须被转发到一条MTU为1500字节的链路上。这就意味着初始数据报中3980字节数据必须被分配为3个独立的片（其中的每个片也是一个IP数据报）。

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