IP协议解析及MTU最大传输单元的应用

IP协议解析及MTU最大传输单元的应用

1. IP协议解析

IP协议是属于网络层协议，IP协议只为主机提供一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据包传输服务。

2. 具体字段的意义及其功能

• 4位协议版本:当前版本默认为4，表示lPv4
• 4位头部长度:以4字节为单位，IP报头固定最小20字节，最大60字节
• 8位服务类型:3位弃用，1位固定0，4位tos字段:最高可靠性，最小成本，最大吞吐量，最小延时
• 16位报文长度:IP报文必须小于64k(tcp报文中数据必须小于64k-40，udp中数据最大小于64k-28)
• 16位分片标识:标识当前分片属于哪一个完整的原始udp报文
• 3位标志位:1位保留，1位禁止分片位，1位分片结尾标志
• 13位分片偏移∶标识当前分片在原始报文中的偏移量位置，其中这里以8字节作为单位
• 13位所能表示的最大数字:0~8191（一个报文若是偏移量在原始报文中是10000字节则无法表示，以8字节位单位进行表示:偏移量若是10000，则分片偏移这里的数据:10000/8）
• 8位TTL:报文的最大生存周期，表示的是一条数据所能经过的路由器跳数（每经过一次路由器转发就会-1，为0时数据被丢弃;早期默认是64;主要是为了防止路由环路，数据在网络中不断循环环路传输)
• 8位上层协议类型:标识当前报文中的数据在传输层所使用的协议;到达对端后，便于上层解析协议的选择
• 16位校验和:校验数据一致性

3. MTU最大传输单元

定义

• 是链路层所限制的一个最大数据帧大小，如果IP报文长度大于MTU则数据需要在网络层进行数据分片，即就是将一个大的报文(大小大于MTU，但是小于64k-40/28)分割成为多个小的报文，逐个封装IP报头进行传输

MTU对TCP/UDP协议的影响

1. MTU对于tcp协议的影响: tcp三次握手时候协商的MSS就是根据MTU计算得到的。因为tcp会协商MSS，因此在传输数据的时候总是从发送缓冲区中取出不大于MSS大小的数据进行封装传输，因此通常tcp报文在传输层会自动进行数据分段，因此不会在网络层进行数据分片。
2. 对于udp协议，没有MSS的协商，只要数据不大于64k-28就能传输，但是若是数据在网络层封装时大于MTU大小，则会在网络层进行数据分片传输，各个小的数据分片逐个传输到达对端，对端主机在网络层会将所有的小的分片，组装为原始的完整udp报文，但是分片越多，传输越危险（一个分片出错，整个报文都会被丢弃),因此程序员在编写udp通信程序时，就要注意，如果发送的数据过大，则在应用层要进行分包操作，并且分包大小最好能够根据MTU计算得到MSS，作为最大分包大小。

举例说明

假设网卡MTU设置为1500：

• udp在SendTo发送数据时给与数据大于64k-28，则直接报错
• udp在SendTo发送数据时给与数据大于1500字节，小于64k-28，则会在网络层进行数据分片

此时如果要发送的数据大小为5000字节,则会进行分片，MTU大小为1500，其中通常IP报头最小为20字节，UDP报头为8字节，所以第一次分片可传输数据最大为1472字节，从第二次开始没有UDP协议的报头所以之后的分片可传输的数据最大为1480字节。