面试题：网络编程中TCP/IP协议栈分片技术原理

Question

请详细阐述在TCP/IP协议栈中，分片技术是在什么情况下触发的，以及分片过程是如何实现的，包括涉及到的相关字段及其作用。

Answer 1

触发情况

当IP数据报的大小超过了链路层MTU（最大传输单元）时，就会触发分片技术。例如，以太网的MTU通常是1500字节，如果一个IP数据报（包含首部和数据）超过了1500字节，就需要进行分片。

分片过程实现

1. 源主机分片：源主机在构建IP数据报时，若发现数据报大小超过了要发送链路的MTU，就将数据报分成多个较小的片段（分片）。每个分片都包含一个IP首部和部分数据。
2. 中间路由器分片：当一个IP数据报在传输过程中，经过某个路由器时，如果该路由器要转发的链路MTU小于数据报的大小，路由器也会对数据报进行分片。

相关字段及其作用

1. 标识（Identification）字段：16位，在IP首部中。它是源主机赋予IP数据报的标识符，同一数据报的所有分片都具有相同的标识值。作用是让目的主机能够识别哪些分片属于同一个原始数据报，以便将它们重新组装。
2. 标志（Flags）字段：3位，在IP首部中。其中低2位有意义：
   • MF（More Fragments）：1位，MF = 1表示该分片后面还有其他分片；MF = 0表示该分片是最后一个分片。
   • DF（Don't Fragment）：1位，DF = 1表示不允许分片。若数据报大小超过MTU且DF = 1，路由器将丢弃该数据报，并向源主机发送ICMP“目标不可达”消息。
3. 片偏移（Fragment Offset）字段：13位，在IP首部中。它指出该分片在原始数据报中的相对位置，以8字节为单位进行计数。目的主机根据片偏移的值将分片按正确顺序重新组装成原始数据报。