大家好，我们今天来继续学习Linux的网络部分。上一次我们学习了网络层协议IP，那么今天我们来对IP协议进行一些补充。那么话不多说我们开始今天的学习：
目录
[IP 分片和组装的具体过程](#IP 分片和组装的具体过程)
[1. 分片与组装的过程](#1. 分片与组装的过程)
[1.1 分片](#1.1 分片)
[1.2 组装](#1.2 组装)
[2. 分片与组装过程的示意图](#2. 分片与组装过程的示意图)
[2.1 分片组装场景](#2.1 分片组装场景)
IP****分片和组装的具体过程
我们上次学习了这是IP协议的报文格式，今天我们来学习有关第二行的这三个部分(16位标识，3位标志，13位片偏移)，我们上次说了这三部分是为了IP内容进行分片时用的。
16 位标识 (id): 唯一的标识主机发送的报文 . 如果 IP 报文在数据链路层被分片了, 那么每一个片里面的这个 id 都是相同的 .
3 位标志字段 : 第一位保留 ( 保留的意思是现在不用 , 但是还没想好说不定以后要用到). 第二位置为 1 表示禁止分片 , 这时候如果报文长度超过 MTU, IP 模块就会丢弃报文. 第三位表示 " 更多分片 ", 如果分片了的话 , 最后一个分片置为 0, 其他是 1. 类似于一个结束标记.
13 位分片偏移 (framegament offset): 是分片相对于原始 IP 报文开始处的偏移 .其实就是在表示当前分片在原报文中处在哪个位置. 实际偏移的字节数是这个值 除以 8 得到的 . 因此 , 除了最后一个报文之外 ( 之前如果都是 8 的整数倍，最后一片的偏移量也一定是 8 的整数倍 ), 其他报文的长度必须是 8 的整数倍 ( 否则报文就不连续了).
注意：片偏移 (13 位 ) 表示本片数据在它所属的原始数据报数据区中的偏移量(以 8 字节为单位)
1. 分片与组装的过程
1.1 分片
- 检查 MTU 限制：
当一个 IP 数据报的大小超过了网络的 MTU（最大传输单元）限制时，就需要进行分片。MTU 是数据链路层对 IP 层数据包进行封装时所能接受的最大数据长度。- 分割数据报：
IP 层将原始的 IP 数据报分割成多个较小的片段。对于每个片段，IP 层会设置相应的标识（Identification）、偏移量（Fragment Offset）和标志位（Flags）等字段。标识字段用于标识属于同一个数据报的不同分片，确保所有分片能够被正确地重新组装。
偏移量字段指示了当前分片相对于原始数据报的起始位置，以 8 字节为单位。
标志位字段包含了 3 个位，其中 MF（More Fragment）位用于指示是否还有更多的分片，DF（Do Not Fragment）位用于指示数据报是否允许进行分片。- 添加 IP 头部：
每个分片都会加上自己的 IP 头部，与完整 IP 报文拥有类似的 IP 头结构，但MF 和Fragment Offset 等字段的值会有所不同。- 发送分片：
分片在传输过程中独立传输，每个分片都有自己的 IP 头部，并且各自独立地选择路由。
1.2 组装
- 接收分片：
当目的主机的 IP 层接收到这些分片后，会根据标识字段将属于同一个数据报的所有分片挑选出来。- 排序与组装：
利用片偏移字段，IP 层会对属于同一个数据报的分片进行排序。
当所有的分片都到达并正确排序后，IP 层会将这些分片重新组装成一个完整
的 IP 数据报。- 传递给上层协议：
组装好的 IP 数据报会传递给上层的协议进行处理。
注意：
IP 分片对传输层是透明的，这意味着传输层无需关心数据是否被分片以及如何重新组装。
接收方如何得知自己收到的报文分片了？
接收方通过 IP 头部的标志位（MF）和片偏移（Offset） 组合判断，规则如下：
若满足以下任一条件，说明是分片报文：
MF=1（无论片偏移是否为 0）：表示当前分片后还有更多分片；
MF=0 但 片偏移>0：表示当前是最后一个分片（后续无分片，但片偏移非 0 说明是拆分后的一部分）。
若 MF=0 且 片偏移=0：说明是未分片的完整报文，直接交付上层协议。
示例
分片 1：MF=1、片偏移=0 → 是分片（第一个分片）；
分片 2：MF=1、片偏移=1480/8=185 → 是分片（中间分片）；
分片 3：MF=0、片偏移=2960/8=370 → 是分片（最后一个分片）；
完整报文：MF=0、片偏移=0 → 未分片。
接收方如何得知自己收到的分片收全了？
接收方需先按 "同一原始报文" 分组，再通过计算验证是否收全所有分片，步骤如下：
1. 第一步： 分组分片（确定哪些分片属于同一原始报文）
接收方将具有以下 4 个字段完全相同的分片归为一组（唯一标识一个原始报文）：
源 IP 地址
目的 IP 地址
协议号（如 TCP=6、UDP=17，对应上层协议）
标识（ID）字段
原因：同一原始报文的所有分片，这 4 个字段必然一致；不同原始报文的标识（ID）由发送方随机生成，重复概率极低。
2. 第二步： 定位最后一个分片
在同一组分片的，找到 MF=0 的分片 → 该分片是最后一个分片，其片偏移和数据长度是判断收全的关键。
3. 第三步： 计算验证是否收全
核心逻辑：所有分片的有效数据长度之和 = 原始报文的数据总长度，而原始报文的数据总长度可通过最后一个分片计算得出：
公式推导
最后一个分片的 "数据起始位置" = 片偏移 × 8（因片偏移单位是 8 字节）；
最后一个分片的 "数据长度" = 该分片的 IP 总长度 - 该分片的 IP 头部长度（IHL×4 字节）；
原始报文的数据总长度 = 最后一个分片的起始位置 + 最后一个分片的有效数据长度。
验证步骤
计算每组中每个分片的有效数据长度：
分片有效数据长度 = 分片的 IP 总长度 - 分片的 IP 头部长度（IHL×4）；
累加所有分片的有效数据长度，得到 "已接收数据总长度"；
计算 "原始报文数据总长度"（用最后一个分片的片偏移和有效数据长度）；
若 "已接收数据总长度" = "原始报文数据总长度" → 分片收全；否则，等待未收到的分片（超时未收到则丢弃所有分片）。
简化示例
假设原始报文数据总长度 = 3000 字节，MTU=1500 字节（IP 头部 20 字节，每个分片的数据部分最大 1480 字节）：
分片 1：IP 总长度 = 1500（20+1480），片偏移 = 0 有效数据 = 1480；
分片 2：IP 总长度 = 1500（20+1480），片偏移 = 1480/8=185 有效数据 = 1480；
分片 3：IP 总长度 = 3000-1480×2 +20= 60（20+40），片偏移 = 2960/8=370，MF=0 有效数据 = 40；
累加有效数据：1480+1480+40=3000 与原始数据总长度相等，收全。
接收方如何组合形成完整的报文？
分片收全后，接收方按以下步骤重组为原始完整的 IP 报文，流程透明于传输层：
1. 排序分片
将同一组的所有分片，按片偏移（Offset）字段值从小到大排序（因分片可能乱序到达，需按原始位置排列）。
2. 提取并拼接数据载荷
对每个排序后的分片，剥离其 IP 头部（仅保留数据载荷部分）；
按排序顺序，将所有分片的载荷数据首尾拼接 → 得到原始报文的完整数据载荷。
3. 构造完整的 IP 报文
以第一个分片的 IP 头部为基础（第一个分片的头部包含原始报文的关键信息：版本、TTL、协议号、源 / 目的 IP 等）；
修正第一个分片的 IP 头部：
总长度字段：改为原始报文的总长度（IP 头部长度 + 拼接后的完整数据载荷长度）；
标志位：设为 MF=0、DF=原始值（恢复未分片时的标志位状态）；
片偏移：设为 0；
校验和：重新计算 IP 头部校验和（因总长度、标志位、片偏移字段修改，原校验和失效）。
4. 交付上层协议
将重组后的完整 IP 报文，交给 IP 头部 "协议号" 指定的传输层协议（TCP/UDP），传输层仅需处理完整数据，无需知晓分片过程。
2. 分片与组装过程的示意图
2.1 分片组装场景
好了现在我们学完了IP分片和组装的内容，是不是感觉对网络的认识又深了一步呢？但是在实际使用中，还是尽量不要分片的好，毕竟这会增加丢包的概率。
如果感觉有收获的话还请点赞收藏，那么我们下次再见！