什么是数据包的分割？

数据包分割是指当网络的最大段大小小于数据包的大小时，将较大的数据包分解成更小、更易于处理的多个部分的过程。这样，数据包就可以在网络中传输，而不会因为数据包的体积过大而被阻塞。

一旦这些较小的数据包被分割出来，它们就可以同时通过不同的路径传输，从而到达目的地的不同端口。当这些数据包到达目的地后，目标系统会将这些碎片重新组合成原来的数据包，从而实现数据的成功传输。这一过程确保了通信的效率和可靠性，尤其是在那些带宽有限或数据包大小有严格限制的网络环境中。

在本文中，我们将详细探讨数据包的分割过程，以及用于数据包分割的IPv4地址字段。此外，我们还将介绍数据包分割的步骤，并解决一些关于数据包分割的例子。

为什么需要碎片化呢？

数据包的分割是为了让发送方能够在同一时间通过不同的路径将多个数据包发送到目的地的不同端口。当MSS发生变化时，也需要进行这种处理。最大段大小网络所能接受的数据包大小小于数据包本身的大小。因此，需要对其进行分段处理，这样数据包就能更容易地通过较小的MSS网络进行传输了。

碎片化现象究竟发生在哪些地方呢？

1. 在路由器上：当遇到一个数据包的大小超过下一个网络的最大传输单元(MTU)时，通常会导致数据分片现象。如果数据包的“不要分片”标志未被设置，那么路由器会将该数据包拆分成更小的片段，以确保其能够成功通过网络传输。
2. 在源主机上：如果“Path MTU Discovery”功能未被使用，那么数据包在源主机处也可能发生分片现象。在这种情况下，源主机会根据数据传输过程中所经过网络的MTU值，将数据包进行分片处理。

用于分片的IP字段

在IPv4协议中，有一些特定的字段用于实现分片操作，这些字段包括：识别位、分片偏移量、DF位以及MF位。

• “识别位”是一个16位的字段，用于标识同一帧中的特定片段。
• DF字段是一个1位的字段，也就是说，如果该字段的值为1，那么数据包就不能被分割或拆分。
• MF（更多片段）是一个1位的字段，也就是说，该数据包包含多个片段。这个字段用于判断接收到的片段是否是该数据包的最后一个片段。如果MF位的值为1，那么说明该数据包还有更多的片段；如果MF位的值为0，那么说明接收到的片段就是该数据包的最后一个片段。
• “Fragmentation Offset”字段是一个13位的字段，它包含了关于数据包中哪些数据在接收之前就已经被传输了的信息。

碎片化公式

下面列出了一些用于数据包分片的公式。

• 数据包中的片段数量 =\left\lceil \frac{数据包的大小}{网络的MTU} \right\rceil
• 之前发送的实际数据字节数 = 各个数据片段的偏移量之和。

示例：一个最大传输单元为200字节的IP路由器，收到了一个大小为520字节的IP数据包。该IP数据包的IP头部长度为20字节。请查看IP头部中相关字段的值。

说明：MTU为200字节，而IP头部则占20字节。因此，每个片段中可以容纳的最大数据量为：

每个碎片的最大数据大小 = MTU – IP头部大小 = 200字节 – 20字节 = 180字节。

不过，该字段中的“片段偏移”信息并不重要。IP头部其计量单位是8字节。这意味着，每个片段中的有效载荷数据必须是8字节的整数倍，因为片段的偏移量是以8字节为单位的。

由于180字节无法被8整除，因此我们需要将最大负载值减少到最接近8的倍数。180减去后最接近的8的倍数是176字节因此，每一个碎片都可以携带……176字节数据的数量。

由于原始数据包的大小为520字节，而头部的大小为20字节，因此有效载荷的大小为：520 - 20 = 500字节。

• 有效载荷大小 = 520字节 – 20字节 = 500字节。
• 为了计算碎片的数量，我们需要将总有效载荷大小除以每个碎片的最大数据大小。
• 碎片数量 = 有效载荷大小 / 每个碎片的最大数据量 = 500 / 176 ≈ 2.84。
• 由于我们无法得到任何分数，因此我们将数量四舍五入到3个碎片。

碎片化的优势

数据包被分割后，具有以下一些优势：

• 分片处理意味着可以同时发送不同的片段。
• 分片化能够提升网络的性能和效率。
• 此外，它还能提高系统的吞吐量。

碎片化的缺点

碎片化的某些缺点如下：

• 需要在目的地对这些碎片进行重新排序。
• 数据丢失的情况越来越严重了。
• 并非所有的网络都能够处理碎片数据。