MTU 和 MSS 关系、 IP分片、TCP分段

从四层模型：链路层，网络层，传输层，应用层说

一、以太网V2格式数据帧 : 链路层

Destination Source Type DataAndPad FCS

6 6 2 46~1500 4

二、IP: 网络层

 0                   1                   2                   3

 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |Version|  IHL  |Type of Service|          Total Length         |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |         Identification        |Flags|      Fragment Offset    |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |  Time to Live |    Protocol   |         Header Checksum       |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |                       Source Address                          |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |                    Destination Address                        |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |                    Options                    |    Padding    | <-- optional

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |                            DATA ...                           |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

注意：Source Address 和 Destination Address 在IP层， Source Port 和 Destination Port 在传输层。　

当发送端的MTU大于到目的路径链路上的MTU时就会被分片。

Flags取值

Bit 0: 保留，必须是0
Bit 1: (DF) 0 = 可能分片, 1 = 不分片
Bit 2: (MF) 0 = 最后的分片, 1 = 还有分片

要不分片的包，值应该是01000000 = 64

tcpdump 'ip[6] = 64'

三、TCP或UDP : 传输层

1)TCP

 0                   1                   2                   3

 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |          Source Port          |       Destination Port        |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |                        Sequence Number                        |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |                    Acknowledgment Number                      |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |  Data |       |C|E|U|A|P|R|S|F|                               |

 | Offset|  Res. |W|C|R|C|S|S|Y|I|            Window             |

 |       |       |R|E|G|K|H|T|N|N|                               |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |           Checksum            |         Urgent Pointer        |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |                    Options                    |    Padding    |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 |                             data                              |

 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

数据偏移（Data Offset），4bits，单位为4字节，它指出TCP报文头长度

2）UDP

  0      7 8     15 16    23 24    31

 +--------+--------+--------+--------+

 |     Source      |   Destination   |

 |      Port       |      Port       |

 +--------+--------+--------+--------+

 |                 |                 |

 |     Length      |    Checksum     |

 +--------+--------+--------+--------+

 |                                   |

 |              DATA ...             |

 +-----------------------------------+

UDP有报文长度字段，TCP没有报文长度字段

四、 TCP或UDP中的数据（Data) : 应用层

http协议请求

数据帧｛IP包｛TCP或UDP包｛Data｝｝｝

以太网的物理特性决定了数据帧的长度范围为（46＋18）－（1500＋18），其中的18是数据帧的头和尾，也就是说数据帧的内容最大为1500，即MTU（Maximum Transmission Unit）为1500

在网络层，因为IP包的首部要占用20字节，所以这的MTU为1500－20＝1480

在传输层，对于TCP包的首部要占用20字节，所以这的MTU为1480－20＝1460

五、MTU 和 MSS 关系

1、最大传输单元MTU（Maximum Transmission Unit，MTU）

（1）以太网和802.3对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是1500和1492个字节。链路层的这个特性称作MTU。

如果IP层有一个数据要传，且数据的长度比链路层的 MTU还大，那么IP层就要进行分片（fragmentation）。

（2）把一份IP数据报进行分片以后，由到达目的端的IP层来进行重新组装，其目的是使分片和重新组装过程对运输层（TCP/UDP）是透明的。

（3）尽管IP分片过程看起来透明的，但有一点让人不想使用它：即使只丢失一片数据也要重新传整个数据报。why？

因为IP层本身没有超时重传机制，由更高层（比如TCP）来负责超时和重传。

Iface      MTU    RX-OK RX-ERR RX-DRP RX-OVR    TX-OK TX-ERR TX-DRP TX-OVR Flg

enp3s0    1500  7580450      0      2 0       6890759      0      0      0 BMRU

lo       65536     1584      0      0 0          1584      0      0      0 LRU

2、MSS（Maxitum Segment Size）最大分段大小的缩写，是TCP协议里面的一个概念

（1）MSS就是TCP数据包每次能够传输的最大数据分段。为了达到最佳的传输效能TCP协议在建立连接的时候通常要协商双方的MSS值，

这个值TCP协议在实现的时候往往用MTU值代替（需要减去IP数据包包头的大小20Bytes和TCP数据段的包头20Bytes）所以往往MSS为1460。

通讯双方会根据双方提供的MSS值得最小值确定为这次连接的最大MSS值。

（2）TCP无所谓分段，因为每个TCP数据报在组成前其大小就已经被MSS限制了，所以TCP数据报的长度是不可能大于MSS的，由它形成的IP包的长度也就不会大于MTU，因此不用IP分片

简而言之：

1.IP分片产生的原因是网络层的MTU；TCP分段产生原因是MSS.

2.IP分片由网络层完成，也在网络层进行重组；TCP分段是在传输层完成，并在传输层进行重组. //透明性

3.对于以太网，MSS为1460字节，而MUT往往会大于MSS.

故采用TCP协议进行数据传输，是不会造成IP分片的。若数据过大，只会在传输层进行数据分段，到了IP层就不用分片。

6、示例

PC--1--TP_Link --2--宽带路由器--3--电信公司----微信服务器

在节点3处由于有额外8个字节的PPPoE头部封装，从服务器下行的1500字节IP包将会变成1508字节，按理说电信公司会依据：

IP包里的DF = 0 ，分片传输，这样不会有问题。

IP包里的DF = 1，丢弃，并发送ICMP告诉服务器包太大了，但是有时ICMP无法到达服务器（禁止ICMP），微信服务器一直重传1500字节包含图片的IP包，然后被丢弃，就会造成流量黑洞

解决方案：

修改节点1处的MTU = 1492 或更小。两端都需要修改，保持对称。这样TCP协商MSS，可以协商成1452。

这样上下行数据途径节点3处，整个包将变为： PPPoE + IP Header + TCP Header + TCP segment (MSS) = 8 + 20 + 20 + 1452 = 1500，正好等于MTU 1500，无需分片就不会有问题。

参考

tcpdump 使用

思维导图：熟悉TCP/IP协议