IP分组和分片

本文讨论两个问题①IP数据报的首部②IP数据报的分片

TCP/IP模型分为五层，从上到下依次是应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。

IP数据报是网络层的概念。

• IP数据报的首部

版本号：0~3  共占4位，是IP协议的版本号，IPV4和IPV6，所以只能是0100、0110两个选项

首部长度：4~7 共占4位，共 有2的4次方，就是最多可以表示0~15个数，而IP数据报首部的固定部分都有20个字节了，所以0~15是不够用的，所以首部长度按4字节为一个单位。例如：首部长度0110=6，就是首部长度有6*4=24个字节。

服务类型Tos：8~15 共占8位，

总长度：16~31  共占16位，2的16次方=65536，也就是0~65535，IP分组的总长度，最长的IP分组是65535个字节。

生存时间TTL：63~70 共占8位，2的8次方=256，就是这个IP分组最多经过256个路由器。

协议：71~78 共占8位。该IP分组中装的是传输层哪个协议的数据包。6是TCP协议的，17是UDP协议的

首部校验和：79~94 共占16位。对首部错误的一个校验

标识、标志位、片偏移占32位，共4个字节，和IP数据报的分片有关。

• 分片

分片的原因：在网络层，因为要向下层也就是数据链路层传输，而数据链路层帧有最大传输单元（Max Transport Unit  MTU）限制，超过这个值就得降数据报分组。

比如以太网的MTU是1500B，PPP（Point to Point Prootocol）的MTU是296B，FDDI（Fiber Distributing Data Interface 光纤分布式数据接口）的MTU是4352，令牌环的MTU是4464B。

如果数据报的长度大于MTU，就可以分片了。至于允许不允许分片，需要看IP数据报首部的标志位。

标识（ID）：32~47 共占16位，IP分组的标识（ID），IP协议利用一个计数器，每产生一个IP分组加1，作为该分组的标识。

标志位：48~50 占3位，保留位、DF、MF。DF=Don't Fragment，DF=1时，不允许分片；DF=0时，允许分片。MF=1时，非最后一片；MF=0时，最后一片或者未分片。

这两位只有三种可能。10：不允许分片；01：允许分片，不是最后一片；00：允许分片，是最后一片。不存在11.

片偏移：占13位，这个分片在原IP分组中的相对位置，以分片的首字节表示。IP分组总长度是占16个字节，而片偏移占143个字节，所以片偏移是以（2的16次方）除以（2的13次方）=2的3次方=8字节为单位的。

举个例子：假设IP数据分组的长度是L，数据链路层的MTU是M，IP数据报首部的长度是20个字节（没有可选部分），每个分片都是按数据链路层可以传输的最大长度来切片的。那么：

每个分片中封装的数据：

d={向下取整【（M-20）/8】}*8

式子中20是首部数据长度，8：片偏移是以8字节为单位。

需要的总片数：

n=向上取整[（L-20）/d]

每片的片偏移字段取值：

Vi=(d/8)*(i-1) i=1,2,3...,n

每片的总长度字段：

li=d+20   i=1,2，。。。，n-1

li=L-（i-1）*d  i=n

把IP分组的标识作为每个分片的标识。

等IP数据报的所有分片到达接收端时，会按照片偏移把其重新组装起来。如果丢失了一片怎么办？接收方计算机会等待一段时间，如果还接收不到这个分片，就会把IP分组的所有分片全部丢掉。

思考一下：

接收端计算机怎么样才能唯一确定一个分片？

①源IP地址

②目的IP地址

③标识（ID）

④片偏移字段

⑤协议

欢迎大家指正~