【转】TCP分段与IP分片
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1、首先根据Ethernet II类型以太网帧格式可以得知,Ethernet II类型以太网帧的最小长度为64字节,最大长度为1518字节。(另外还有7字节前导同步吗+1字节帧开始定界符是所有类型的以太网帧格式必要的)
以太网帧格式有四种类型,Ethernet II类型以太网帧格式是我通过WIRESHARK抓包后发现目前网络使用的帧格式类型。
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一开始我有个问题就是,根据TCP/IP的传输流可以知道,HTTP响应报文是装到TCP报文的数据区,TCP报文又是装到IP报文的数据区,而最后IP报文是装到以太网帧的数据区中。为什么以太网帧的数据区最大长度为1500字节,而HTTP报文最终是放在以太网帧的数据区中,却没有限制HTTP报文的大小?
2、在WIRESHRAK抓包的时候会发现很多长度为1514的TCP报文,但是这个跟以太网帧的数据区最大长度为1518字节有什么关联吗?而且这个TCP长度为什么是1460而不是1500 ?
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以太网封装IP数据包的最大长度是1500字节,也就是说以太网最大帧长应该是以太网首部加上1500,再加上7字节的前导同步码和1字节的帧开始定界符,具体就是:7字节前导同步吗+1字节帧开始定界符+6字节的目的MAC+6字节的源MAC+2字节的帧类型+1500+4字节的CRC校验。
按照上述,最大帧应该是1526字节,但是实际上我们抓包得到的最大帧是1514字节,为什么不是1526字节呢?原因是当数据帧到达网卡时,在物理层上网卡要先去掉前导同步码和帧开始定界符,然后对帧进行CRC检验,如果帧校验和错,就丢弃此帧。如果校验和正确,就判断帧的目的硬件地址是否符合自己的接收条件(目的地址是自己的物理硬件地址、广播地址、可接收的多播硬件地址等),如果符合,就将帧交“设备驱动程序”做进一步处理。这时我们的抓包软件才能抓到数据,因此,抓包软件抓到的是去掉前导同步码、帧开始分界符、CRC校验之外的数据,其最大值是6+6+2+1500=1514。
再说一下TCP报文内部的结构。
一个完整的数据包格式,是数据帧{IP包{TCP或UDP包{Data}}},如前所述{IP包{TCP或UDP包{Data}}}部分最大是1500字节。那么根据目前的IPv4协议,有如下规定:
IP首部,版本:4 ,包含源、目的IP、首部校验和,TTL等,共计20个字节。TCP首部,包含源、目的端口,一系列指针、标志、校验和等,共计20字节,因此实际可用的数据为1500-20-20=1460字节。
上面就解释了抓包中的1514和1460的来历。简单来说就是1514指的是以太网帧去除掉一些符号位后的最大长度;1460指的是以太网帧的数据区去除掉TCP和IP的首部后所能存储的最大数据长度,即是HTTP的整个请求或者响应报文。
3、最后再来回答为什么以太网帧的数据区最大长度为1500字节,而HTTP报文最终是放在以太网帧的数据区中,却没有限制HTTP报文的大小?
TCP分段与IP分片
我们在学习TCP/IP协议时都知道,TCP报文段如果很长的话,会在发送时发生分段,在接受时进行重组,同样IP数据报在长度超过一定值时也会发生分片,在接收端再将分片重组。
我们先来看两个与TCP报文段分段和IP数据报分片密切相关的概念。
MTU(最大传输单元)
MTU前面已经说过了,是链路层中的网络对数据帧的一个限制,依然以以太网为例,MTU为1500个字节。一个IP数据报在以太网中传输,如果它的长度大于该MTU值,就要进行分片传输,使得每片数据报的长度小于MTU。分片传输的IP数据报不一定按序到达,但IP首部中的信息能让这些数据报片按序组装。IP数据报的分片与重组是在网络层进完成的。
MSS(最大分段大小)
MSS是TCP里的一个概念(首部的选项字段中)。MSS是TCP数据包每次能够传输的最大数据分段,TCP报文段的长度大于MSS时,要进行分段传输。TCP协议在建立连接的时候通常要协商双方的MSS值,每一方都有用于通告它期望接收的MSS选项(MSS选项只出现在SYN报文段中,即TCP三次握手的前两次)。MSS的值一般为MTU值减去两个首部大小(需要减去IP数据包包头的大小20Bytes和TCP数据段的包头20Bytes)所以如果用链路层以太网,MSS的值往往为1460。而Internet上标准的MTU(最小的MTU,链路层网络为x2.5时)为576,那么如果不设置,则MSS的默认值就为536个字节。很多时候,MSS的值最好取512的倍数。TCP报文段的分段与重组是在运输层完成的。
到了这里有一个问题自然就明了了,TCP分段的原因是MSS,IP分片的原因是MTU,由于一直有MSS<=MTU,很明显,分段后的每一段TCP报文段再加上IP首部后的长度不可能超过MTU,因此也就不需要在网络层进行IP分片了。因此TCP报文段很少会发生IP分片的情况。
再来看UDP数据报,由于UDP数据报不会自己进行分段,因此当长度超过了MTU时,会在网络层进行IP分片。同样,ICMP(在网络层中)同样会出现IP分片情况。
总结:UDP不会分段,就由IP来分。TCP会分段,当然就不用IP来分了!
另外,IP数据报分片后,只有第一片带有UDP首部或ICMP首部,其余的分片只有IP头部,到了端点后根据IP头部中的信息再网络层进行重组。而TCP报文段的每个分段中都有TCP首部,到了端点后根据TCP首部的信息在传输层进行重组。IP数据报分片后,只有到达目的地后才进行重组,而不是向其他网络协议,在下一站就要进行重组。
最后一点,对IP分片的数据报来说,即使只丢失一片数据也要重新传整个数据报(既然有重传,说明运输层使用的是具有重传功能的协议,如TCP协议)。这是因为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报文段的某一段(在IP数据报的某一片中)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(可能有多个IP分片),没有办法只重传数据报中的一个数据分片。
所以之所以却没有限制HTTP报文的大小,是因为在传输层中已经由TCP对HTTP报文做了分段传输,达到目标地址后再对所有TCP段进行重组。
下面看一个HTTP包可知,如果HTTP报文过大,会由TCP自动进行分段,这个过程对于应用层来说是透明的。
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作者:晚歌y
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