计算机网络•自顶向下方法：IP分片与重组

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

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