【网络】IP分片与路径MTU发现

MTU值

由于物理层的硬件限制，为了使网络性能最优，在数据链路层会有一个MTU值，表示数据链路的最大传输单元。

而不同数据链路的MUT的值可能不同。如下表格

数据链路协议	MTU（字节）	总长度（字节，包含FCS）
Hyperchannel	65535	65535
IP over HIPPI	65280	65320
16Mbps IBM Token Ring	17914	17958
IP over ATM	9180	-
IEEE 802.4 Token Bus	8166	8191
IEEE 802.5 Token Ring	4464	4508
FDDI	4352	4500
以太网	1500	1518
PPP (Default)	1500	-
IEEE 802.3 Ethernet	1492	1518
PPPoE	1492	-
X.25	576	-

IP协议的统一性抹平了数据链路层的差异，如果上层交付给网络层(IP层)的数据包过大，就需要把数据包分开发送，这称为IP分片。

IP分片与重组

由于数据链路层的协议可能不同，数据包不止再本主机会被分片，也可能会被其他路由器再分片。被分片的一般都是UDP的数据包，UDP协议是面向数据报的，UDP向下交付数据时可能会很大。而TCP协议是面向连接和字节流的，在三次握手是就协商好了MTU值，向下交付的数据一般不需要IP层进行分片。

路径MTU发现

随着时代的变迁,计算机网络的物理传输速度不断上升。这些高速的链路，对路由器和计算机网络,提出了更高的要求。另一方面，随着人们对网络安全的要求提高，路由器需要做的其他处理也越来越多，如网络过滤等。因此是不希望由路由器进行IP数据包的分片处理的。

其次，在分片处理中，一旦某个分片丢失，则会造成整个IP数据报作废。为,了避免此类问题，TCP的初期设计还曾使用过更小的分片进行传输。其结果是,网路的利用率明显下降。为了应对以上问题，产生了一种新的技术"路径MTU发现"（PathMTUDis-,covery）。

所谓路径MTU（PathMTU）是指从发送端主机到接收端主机之间不需,要分片时最大MTU的大小。即路径中存在的所有数据链路中最小的MTU。而路径MTU发现从发送主机按照路径MTU的大小将数据报分片后进行发送。进行路径MTU发现，就可以避免在中途的路由器上进行分片处理，也可以在TCP中发送更大的包。现在，很多操作系统都已经实现了路径MTU发现的功能。

路径MTU发现原理

首先在发送端主机发送IP数据报时将其首部的分片禁止标志位设置为1（IP层报头的标志位）。根据这个标志位，途中的路由器即使遇到需要分片才能处理的大包，也不会去分片，而是将包丢弃。

随后，通过一个ICMP的不可达消息将数据链路上MTU的值给发送主机。,下一次，从发送给同一个目标主机的IP数据报获得ICMP所通知的MTU值以后，将它设置为当前MTU。发送主机根据这个MTU对数据报进行分片处理。如此反复，直到数据报被发送到目标主机为止没有再收到任ICMP，就认为最后一次ICMP所通知的MTU即是一个合适的MTU值。

那么，当MTU的值比较多时，,最少可以缓存约10分钟。在这10分钟内使用刚刚求得的MTU，但过了这10分钟以后则重新根据链路上的MTU做一次路径MTU发现。