本文目录
- 什么是IP分片
- 为什么会产生IP分片
- 为什么要避免IP分片
- 如何避免IP分片
什么是IP分片
IP协议栈将TCP/UDP传输层要求它发送的,但长度大于发送端口MTU的一个数据包,分割成多个IP报文后分多次发送。这些分成多次发送的多个IP报文就是IP分片。
为什么会产生IP分片
TCP/UDP是工作在传输层,依赖于IP协议在网络层提供的服务。IP层又依赖于链路层提供的报文发送服务。链路层会根据链路层协议的不同,会要限制每次发送数据帧的最大长度(称之为Maximum Transmission Unit,最大传输单元,MTU)。所以当TCP/UDP往IP层发送数据时(相当于IP层从TCP/UDP传输层接收到一份要发送的IP数据报),IP层要判断向本地哪个接口发送数据(选路),并查询该接口获得其MTU。IP把MTU与数据报长度进行比较,如果太长了一次发送不下(超过MTU)则需要则需要将这个数据报文,分割成多个IP报文后分多次发送,就产生了IP分片。这就是IP分片产生的原因。因为路由器是工作在IP层,负责IP报文的转发的,所以分片可以发生在原始发送端主机上,也可以发生在中间路由器上。
为什么要避免IP分片
IP分片产生了二个坏的影响:
- IP头部占用了更多的带宽
IP分片使得原来的一个IP报文,变成了多个IP报文,那么更多的IP报文,就使得IP头部占用了更多的网络带宽,网络传有效载荷的能力下降,使得网络有效吞吐能力下降。 - 增加了报文丢失率
IP分片发生在IP层,不仅发送商端主机会进行分片,中间的路由器也有可能分片,因为不同的网络的MTU是不一样的,如果传输路径上的某个网络的MTU比发送端网络的MTU要小,路由器就可能对IP数据报再次进行分片。然而,按照IP协议的定义,IP分片数据的重组只会发生在目的端的IP层,即当所有分片都正确到达目的端时,目的端会将这些IP分片重组成一个完整的数据报文,再提供给上层。如果注意这些分片报文中,只有第一片才带有传输层协议的状况信息,所以只要其中任何一个IP分片丢失或者超时,就会引起所有IP分片报文的丢失。此时如果传输层是不支持重传的不可靠协议,比如UDP,那么整个报文就全部丢失了(一个IP分片的丢失,引发所有IP分片的丢弃),这就增加了报文丢失率的,使得网络有效吞吐能力下降。 - 降低了重传效率降低
IP分片发生在IP层,不仅发送商端主机会进行分片,中间的路由器也有可能分片,因为不同的网络的MTU是不一样的,如果传输路径上的某个网络的MTU比发送端网络的MTU要小,路由器就可能对IP数据报再次进行分片。然而,按照IP协议的定义,IP分片数据的重组只会发生在目的端的IP层,即当所有分片都正确到达目的端时,目的端会将这些IP分片重组成一个完整的数据报文,再提供给上层。如果注意这些分片报文中,只有第一片才带有传输层协议的状况信息,所以只要其中任何一个IP分片丢失或者超时,就会引起所有IP分片报文的丢失。此时如果传输层是支持重传的可靠协议,比如TDP,那么整个报文全部都需要重传(一个IP分片的丢失,引发所有IP分片的重传),这就大大的降低的重传的效率,使得网络有效吞吐能力下降。
如何避免IP分片
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对于UDP
我们需要在应用层去限制每个包的大小,应用层在往UDP层发送数据时,就考虑链路上的最小MTU,让自己发送的数据包+IP头+UDP头的总长度不要超过MTU。 -
对于TCP数据
应用层就不需要考虑这个问题了,因为TCP已经帮我们做了。TCP用TCP的MSS的计算与详解来保证每次发送的TCP报文的数据都不会超过MSS,也就保证了IP数据报不会超过MTU,从而避免了IP分片。