MTU 和 MSS 关系、 IP分片、TCP分段
从四层模型：链路层，网络层，传输层，应用层说
一 、以太网V2格式数据帧 : 链路层
Destination Source Type DataAndPad FCS
6 6 2 46~1500 4
二、IP: 网络层
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| IHL |Type of Service| Total Length |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Identification |Flags| Fragment Offset |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Time to Live | Protocol | Header Checksum |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Source Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Destination Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Options | Padding | <-- optional
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| DATA ... |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
注意：Source Address 和 Destination Address 在IP层， Source Port 和 Destination Port 在传输层。
当发送端的MTU大于到目的路径链路上的MTU时就会被分片。
Flags取值
Bit 0: 保留，必须是0
Bit 1: (DF) 0 = 可能分片, 1 = 不分片
Bit 2: (MF) 0 = 最后的分片, 1 = 还有分片
要不分片的包，值应该是01000000 = 64
tcpdump 'ip[6] = 64'
三 、TCP或UDP : 传输层
1)TCP
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Source Port | Destination Port |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Sequence Number |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Acknowledgment Number |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Data | |C|E|U|A|P|R|S|F| |
| Offset| Res. |W|C|R|C|S|S|Y|I| Window |
| | |R|E|G|K|H|T|N|N| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Checksum | Urgent Pointer |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Options | Padding |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| data |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
数据偏移（Data Offset），4bits，单位为4字节，它指出TCP报文头长度
2）UDP
0 7 8 15 16 23 24 31
+--------+--------+--------+--------+
| Source | Destination |
| Port | Port |
+--------+--------+--------+--------+
| | |
| Length | Checksum |
+--------+--------+--------+--------+
| |
| DATA ... |
+-----------------------------------+
UDP有报文长度字段，TCP没有报文长度字段
四、 TCP或UDP中的数据（Data) : 应用层
http协议请求
数据帧｛IP包｛TCP或UDP包｛Data｝｝｝
以太网的物理特性决定了数据帧的长度范围为（46＋18）－（1500＋18），其中的18是数据帧的头和尾，也就是说数据帧的内容最大为1500，即MTU（Maximum Transmission Unit）为1500
在网络层，因为IP包的首部要占用20字节，所以这的MTU为1500－20＝1480
在传输层，对于TCP包的首部要占用20字节，所以这的MTU为1480－20＝1460
五、MTU 和 MSS 关系
1、最大传输单元MTU（Maximum Transmission Unit，MTU）
（1）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。
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）。
（2）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。
（3）尽管IP分片过程看起来透明的，但有一点让人不想使用它：即使只丢失一片数据也要重新传整个数据报。why？
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。
Iface MTU RX-OK RX-ERR RX-DRP RX-OVR TX-OK TX-ERR TX-DRP TX-OVR Flg enp3s0 1500 7580450 0 2 0 6890759 0 0 0 BMRU lo 65536 1584 0 0 0 1584 0 0 0 LRU
2、MSS（Maxitum Segment Size）最大分段大小的缩写，是TCP协议里面的一个概念
（1）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。
（2）TCP无所谓分段，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，由它形成的IP包的长度也就不会大于MTU，因此不用IP分片
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。
6、示例
PC--1--TP_Link --2--宽带路由器--3--电信公司----微信服务器
在节点3处由于有额外8个字节的PPPoE头部封装，从服务器下行的1500字节IP包将会变成1508字节，按理说电信公司会依据：
IP包里的DF = 0 ，分片传输，这样不会有问题。
IP包里的DF = 1，丢弃，并发送ICMP告诉服务器包太大了，但是有时ICMP无法到达服务器（禁止ICMP），微信服务器一直重传1500字节包含图片的IP包，然后被丢弃，就会造成流量黑洞
解决方案：
修改节点1处的MTU = 1492 或更小。两端都需要修改，保持对称。这样TCP协商MSS，可以协商成1452。
这样上下行数据途径节点3处，整个包将变为： PPPoE + IP Header + TCP Header + TCP segment (MSS) = 8 + 20 + 20 + 1452 = 1500，正好等于MTU 1500，无需分片就不会有问题。
参考
