IP协议
数据报格式
IP分片与重组
链路层帧能承载的最大数据字节数称为MTU （Max Transmission Unit）
- 不同类型的链路可能具有不同的MTU
- 以太网帧最多携带1500字节载荷，有些广域网帧只能携带576字节载荷
传输过程中，较大的IP数据报可以被分片：
- 将数据报载荷划分为若干较小的数据块，每个数据块封装成一个独立的数据报传输
- 数据报在传输的过程中可以被多次分片，但仅在目的主机上重组
分片的报头
分片的报头取自原始数据报
与分片有关的字段：
- 标识：每个分片必须携带与原始数据报相同的标识
- 偏移量：指示分片中的数据在原始数据报载荷中的位置
- 标志位：
- MF（more fragments）：最后一个分片的MF=0，其余分片的MF=1
- DF（don’t fragment）：DF=1表示不允许对数据报分片
分片报头中的以下字段需要修改：
总长度，偏移量，MF，TTL，头部检查和
分片的数据长度
假设原始数据报的报头长度为H，分片的数据长度 N，应满足：H+N ≦ MTU
由于偏移量只有13比特，除最后一个分片外，其余分片的数据长度应为8字节的整倍数
考虑到分组传输效率，除最后一个分片外，分片的数据长度 N 应为满足以上两个条件的最大整数
数据报分片的处理过程
- 根据报头长度H和输出线路的MTU，确定分片的最大数据长度N
- 将数据报的载荷划分成长度为N的若干数据块（最后一个数据块可能不足N字节）
- 将原始报头加到每一个数据块的前面，修改报头中的以下字段：
- 总长度 ＝ H + 数据块长度
- 最后一个报头的MF位置0，其余报头的MF位置1
- 偏移量 ＝ 数据块在原始数据报载荷中的字节序号/8
- TTL=TTL-1
- 计算头部检查和
分片的例子
例：要将一个总长度=4000字节的IP包发送到MTU=1500字节的链路上，IP报头长度H=20字节
数据块最大长度 N ＝ 1480字节
原始数据报的载荷（3980字节）被分成三个数据块，长度分别为1480字节、1480字节和1020字节
| 分片序号 | 总长度 | MF | 偏移量 |
|---|---|---|---|
| 1 | 1500（=1480+20） | 1 | 0 |
| 2 | 1500（=1480+20） | 1 | 185（=1480/8） |
| 3 | 1040（=1020+20） | 0 | 370（=185+185) |
重组
将收到的分片重新组装成原始数据报的过程称为重组，重组在目的主机中进行：
- 收集分片：目的主机使用 <源IP地址，标识> 确定属于同一个数据报的分片
- 利用最后一个分片（MF=0）计算原始数据报长度：
- 原始数据报长度=偏移量×8 + 分片总长度
- 原始数据报载荷=偏移量×8 +（分片总长度 – 报头长度）
- 组装：将各分片中的数据块按照其在原始数据报载荷中的偏移量重组
分片的问题
分片的开销：
- 降低了路由器的吞吐量
- 消耗了目的主机的资源：每个重组的数据报需要一个重组缓冲区和一个重组定时器
针对分片的DoS攻击：
- 攻击者发送一系列奇怪的分片，消耗目的主机的资源
IPv6取消了路由器分片的功能：
- 源主机发送探测报文，确定路径上的最小MTU
- 源主机构造的数据报大小不超过最小MTU
- 路由器丢弃超大的数据报，并发送错误报告