TCP的分段和IP的分片&MTU和MSS之间的关系

灰太狼 2022-04-02 13:20 280阅读 0赞

## 为什么需要分片和分段 ##

首先我们知道只要使用网络，数据就会在网络上传输，而数据最终都会以帧的形式在网络中传输，以太网和802.3对数据帧的长度都有一个限制，其最大 值分别是1500和1492个字节，所以如果传输的数据大于上面的长度，就会需要进行切割后传输，即分片和分段.

首先说明：数据报的分段和分片确实发生，分段发生在传输层，分片发生在网络层。但是对于分片来说，这是经常发生在UDP传输层协议上的情况，对于传输层使用TCP协议的通道却没有呢，因为tcp会自己分段。

## MTU（Maximum Transmission Unit，MTU），最大传输单元 ##

以太网和802.3对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是1500和1492个字节。链路层的这个特性称作MTU。

### MTU导致IP层分片 ###

如果IP层有一个数据要传，且数据的长度比链路层的 MTU还大，那么IP层就要进行分片（fragmentation),把数据报分成若干片，这样每一个分片都小于MTU。

把一份IP数据报进行分片以后，由到达目的端的IP层来进行重新组装，其目的是使分片和重新组装过程对运输层（TCP/UDP）是透明的。由于每一分片都是一个独立的包，当这些数据报的片到达目的端时有可能会失序，但是在IP首部中有足够的信息让接收端能正确组装这些数据报片。

## IP分片即使只丢失一片数据也要重新传整个数据报的原因 ##

因为IP层本身没有超时重传机制----由更高层（比如TCP）来负责超时和重传。当来自TCP报文段的某一片丢失后，TCP在超时后会重发整个TCP报文段，该报文段对应于一份IP数据报（而不是一个分片），没有办法只重传数据报中的一个数据分片。

使用UDP很容易导致IP分片，TCP试图避免IP分片。 那么TCP是如何试图避免IP分片的呢？其实说白了，采用TCP协议进行数据传输是不会造成IP分片的，因为一旦TCP数据过大，超过了MSS，则在传输 层会对TCP包进行分段（如何分，见下文！），自然到了IP层的数据报肯定不会超过MTU，当然也就不用分片了。而对于UDP数据报，如果UDP组成的 IP数据报长度超过了1500，那么IP数据报显然就要进行分片，因为UDP不能像TCP一样自己进行分段。

##  MSS（Maxitum Segment Size）最大分段大小 ##

MSS就是TCP数据包每次能够传输的最大数据分段。为了达到最佳的传输效能TCP协议在建立连接的时候通常要协商双方的MSS值，这个值TCP协议在实现的时候往往用MTU值代替（需要减去IP数据包包头的大小20Bytes和TCP数据段的包头20Bytes）所以往往MSS为1460。通讯双方会根据双方提供的MSS值得最小值确定为这次连接的最大MSS值。

那么TCP是如何实现分片的呢？

其实TCP无所谓分片，因为每个TCP数据报在组成前其大小就已经被MSS限制了，所以TCP数据报的长度是不可能大于MSS的，当然由它形成的IP包的长度也就不会大于MTU，自然也就不用IP分片了。

简而言之：  
        1.IP分片产生的原因是网络层的MTU；TCP分段产生原因是MSS.  
        2.IP分片由网络层完成，也在网络层进行重组；TCP分段是在传输层完成，并在传输层进行重组.   //透明性  
        3.对于以太网，MSS为1460字节，而MUT往往会大于MSS.      
        故采用TCP协议进行数据传输，是不会造成IP分片的。若数据过大，只会在传输层进行数据分段，到了IP层就不用分片。

所以可以看成是这种情况：传输层协议想发送一个超过了MTU的数据报，这个时候网络层就需要对其进行分片，一般UDP和ICMP会出现分片情况，但是TCP不会出现这种情况！因为TCP使用了MSS来避免分片！

IP分片只有第一个带有传输层或ICMP首部，其余的分片只有IP头。至于怎么重组就是到对端以后IP层的事情了。

若TCP报文非常长那么在IP层传输时就有可能要分解成多个短数据报片。（计算机网络谢希仁）

TCP分段每个都有完整首部。

PS:

TCP的分段是针对应用层的数据来说的，比如使用TCP发送70KB的数据，这个时候就需要将70KB分成若干个MSS，到了网络层就不需要分片了。MSS的存在就避免了网络层分片的发生。  
     IP层的分片是针对传输层中使用UDP协议来说的，如果使用UDP发送数据，UDP并不知道如何分段，那么到了IP层就需要进行分片，分片的原则根据MTU，那么分UDP最大的数据负载就是1500-8=1492

总结：UDP不会分段，就由我IP来分。TCP会分段，当然也就不用我IP来分了！

原文：https://blog.csdn.net/yusiguyuan/article/details/22782943