淺析IP/TCP協議分片
首先我們需要知道一個概念,MTU是鏈路層中的網絡對數據幀的一個限制，以以太網爲例，MTU爲1500個字節. 一個IP數據報在以太網中
傳輸，如果它的長度大於該MTU值，就要進行分片傳輸，使得每片數據報的長度小於MTU. 分片傳輸的P數據報不一定按序到達，但IP首
部中的信息能讓這些數據報片按序組裝. IP數據報的分片與重組是在網絡層中進行完成的.
我們所熟知的應用層程序之間進行網絡數據傳輸時，在發送端，數據會從應用層沿着協議棧向下傳輸，通過TCP/IP層，然後經由鏈路
層發送出去，而在接收端，則是相反的順序，數據經由鏈路層接受，然後沿着協議棧向上傳輸，通過IP/TCP層，最後由應用程序進行
讀取. 而在IP層往鏈路層傳輸數據的時候，如果數據大小大於等於我們的MTU時, 通常會在IP層進行一個分片操作. 而我們的TCP的數
據報！ 他們需要儘量避免在IP層被分片.因爲如果在IP層進行分片的話，如果其中的某片的數據丟失了，對於保證可靠性的TCP協議
來說會增大數據報重傳的概率. 而且你會重傳整個TCP分組，因爲TCP層是不知道IP層進行分片的細節的，它也不關心.
當TCP層進行TCP分組的重傳時，還會直接影響到應用程序的性能，特別是在應用程序使用阻塞IO進行讀寫的時候. 在我們的應用層
程序中，我們可以有自己的發送緩衝區，而TCP層本身也有自己的一個發送緩衝區. 當我們在應用層往TCP層當中寫數據的時候，實
際上是將應用層發送緩衝區的數據拷貝至TCP層的發送緩衝區中. 當TCP層的發送緩衝區滿或者網絡空閒的時候，TCP層就會將其緩
衝區中的數據通過IP層傳到鏈路層的發送隊列中.如果TCP的發送緩衝區滿並且應用層的數據沒有寫完時，內核會將write系統調用
掛起，並不返回給應用程序，直到應用層的數據全部拷貝至TCP層的緩衝區中. 而由於TCP層要保證數據包的可靠性，既數據包丟
失時要進行重傳，那麼TCP層在往網絡發送TCP分組後，需要在其發送緩衝區中暫時保存發出的TCP分組數據用於後續可能的重傳.
所以如果你的IP層對TCP的數據進行了分片，導致TCP數據丟失，那麼緩衝區當中的數據無法及時清除，因爲他可能會重發. 那麼就
會有可能使得應用層程序一直在write系統調用處掛起等待，引起性能的下降.
TCP層避免數據被IP層分片所做的努力
首先我們回顧一下TCP建立連接的3次握手！
其實呢 在這3次握手中，除了確認SYN之外，通信的兩端還協商了一個值，MSS(最大分段大小)是TCP裏的一個概念. MSS是TCP數據包
每次能夠傳輸的最大數據分段，TCP報文段的長度大於MSS時,就需要進行分段傳輸. TCP協議在建立連接的時候通常要協商雙方的MSS
值，每一方都有用於通告它期望接受的MSS選項(MSS選項只出現在SYN報文段中，既TCP三次握手的前兩次). MSS的值一般爲MTU值減
去兩個首部大小所以如果用鏈路層以太網，MSS的值往往爲1460.而Internet上標準的MTU位 676，那麼如果不設置，則MSS的默認
值就爲636個字節. 很多時候，MSS的值最好取512的倍數. TCP報文段的分段與重組是在運輸層完成的.
到了這裏有一個問題自然就非常明瞭了，TCP分段的原因是MSS，IP分片的原因是MTU，由於一直有MSS<=MTU，很明顯，分段後每一
段TCP報文段TCP報文段再加上IP首部後的的長度不可能超過MTU，因此也就不需要再網絡層進行IP分片了，因此TCP報文段很少會發
生IP分片的情況.再來看UDP數據報，由於UDP數據報不需要保證可靠性，所以他不用保存發送的數據包，由於IP層本身也沒有緩衝
區，數據就會直接寫到鏈路層的輸出隊列中，在這種情況中，IP層會不會對來自UDP的數據進行分片，這個取決於UDP的大小和
MTU的比較，如果大於MTU,IP對數據報就會分片，如果小於MTU，IP層直接加上IP頭部發送到鏈路層的輸出隊列中
MSS(最大分段大小)是TCP裏的一個概念. MSS是TCP數據包每次能夠傳輸的最大數據分段，TCP報文段的長度大於MSS時,就需要進行分段
傳輸. TCP協議在建立連接的時候通常要協商雙方的MSS值，每一方都有用於通告它期望接受的MSS選項(MSS選項只出現在SYN報文段中，
既TCP三次握手的前兩次). MSS的值一般爲MTU值減去兩個首部大小所以如果用鏈路層以太網，MSS的值往往爲1460.而Internet
上標準的MTU位 676，那麼如果不設置，則MSS的默認值就爲636個字節. 很多時候，MSS的值最好取512的倍數. TCP報文段的分段與
重組是在運輸層完成的.到了這裏有一個問題自然就非常明瞭了，TCP分段的原因是MSS，IP分片的原因是MTU，由於一直有MSS<=MTU，
很明顯，分段後每一段TCP報文段TCP報文段再加上IP首部後的的長度不可能超過MTU，因此也就不需要再網絡層進行IP分片了，因此
TCP報文段很少會發生IP分片的情況.再來看UDP數據報，由於UDP數據報不會自己進行分段，因此當長度超過了MTU時，會在網絡層進行
IP分片. 同樣的,ICMP同樣會出現IP分片情況 再來看UDP數據報，由於UDP數據報不會自己進行分段，因此當長度超過了MTU時，會在
網絡層進行IP分片，同樣的，ICMP同樣會出現IP分片的情況.