知识点编号：025
难度等级：⭐⭐（掌握）
面试频率：🔥🔥🔥
🎯 一句话总结
IP分片就像快递太大装不下，拆成小包裹分别寄，到了再拼起来！📦
🤔 为什么需要分片？
问题：
数据包太大 > MTU（最大传输单元）
无法一次发送！
示例：
数据：5000字节
MTU：1500字节
5000 > 1500 ❌ 发不了！
解决：
把5000字节拆成4个包：
包1：1500字节
包2：1500字节
包3：1500字节
包4：500字节
生活比喻：
你要寄一个大箱子
快递：太大了，装不下车！
你：那我拆成4个小箱子
快递：OK！✓
📏 MTU（最大传输单元）
MTU：Maximum Transmission Unit
一个数据包的最大大小
常见MTU值：
- 以太网：1500字节（最常见）
- PPPoE：1492字节
- VPN：通常更小
- 环回接口：65535字节
计算可用空间：
MTU = 1500字节
- IP头部：20字节
- TCP头部：20字节
= MSS：1460字节（最大段大小）
MSS（Maximum Segment Size）：
TCP数据的最大大小
MSS = MTU - IP头 - TCP头
🔪 IP分片过程
IPv4分片
示例：发送3000字节数据，MTU=1500
原始数据包：
+--------+--------+
| IP头20 | 数据3000 |
+--------+--------+
总长度：3020字节 > MTU(1500) ❌
分片后：
片1：
+--------+--------+
| IP头20 | 数据1480 |
+--------+--------+
总长度：1500字节 ✓
标识：12345
偏移：0
MF：1（还有更多片）
片2：
+--------+--------+
| IP头20 | 数据1480 |
+--------+--------+
总长度：1500字节 ✓
标识：12345（相同）
偏移：185（1480/8）
MF：1（还有更多片）
片3：
+--------+--------+
| IP头20 | 数据40 |
+--------+--------+
总长度：60字节 ✓
标识：12345（相同）
偏移：370（2960/8）
MF：0（最后一片）
关键字段：
- 标识（ID）：相同ID表示同一个包
- 偏移（Offset）：数据在原包中的位置（单位：8字节）
- MF标志：More Fragments，是否还有更多片
IPv6分片
IPv6不同：
- 路由器不分片！
- 只有源节点可以分片
- 使用分片扩展头部
优势：
- 路由器转发更快
- 避免分片带来的性能问题
源节点分片过程：
1. 通过路径MTU发现找到最小MTU
2. 在源节点分片
3. 路由器只转发，不分片
🧩 重组过程
接收方收到分片：
步骤1：检查标识（ID）
- 相同ID的片属于同一个包
步骤2：按偏移排序
- 偏移0：第一片
- 偏移185：第二片
- 偏移370：第三片
步骤3：检查是否收全
- 检查MF标志
- MF=0表示最后一片
步骤4：重组
- 按偏移拼接数据
- 恢复原始数据包
步骤5：交付
- 交给上层协议（TCP/UDP）
超时：
如果60秒内没收全，丢弃所有片
⚠️ 分片的问题
问题1：性能下降
分片导致：
- 路由器处理慢（要分片）
- 网络负担重（多个包）
- 丢包风险大（丢一片，全部重传）
示例：
原本：1个包
分片：3个包
丢包概率：P → 3P
问题2：防火墙问题
防火墙只看第一片：
- 第一片有端口号
- 后续片没有端口号
- 防火墙可能拒绝后续片
结果：无法重组，通信失败
问题3：安全问题
分片攻击：
- Ping of Death：发送超大ping包
- Teardrop：重叠的分片
- Tiny Fragment：超小的第一片
防御：
- 限制分片大小
- 检查重叠
- 丢弃异常分片
💻 Java代码查看MTU
import java.net.*;
import java.util.*;
public class MTUChecker {
public static void main(String[] args) {
try {
// 获取所有网络接口
Enumeration<NetworkInterface> interfaces =
NetworkInterface.getNetworkInterfaces();
while (interfaces.hasMoreElements()) {
NetworkInterface ni = interfaces.nextElement();
System.out.println("\n接口：" + ni.getName());
System.out.println(" 显示名：" + ni.getDisplayName());
System.out.println(" MTU：" + ni.getMTU() + " 字节");
// 获取IP地址
Enumeration<InetAddress> addresses = ni.getInetAddresses();
while (addresses.hasMoreElements()) {
InetAddress addr = addresses.nextElement();
System.out.println(" 地址：" + addr.getHostAddress());
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
// 输出示例：
// 接口：eth0
// 显示名：Ethernet
// MTU：1500 字节
// 地址：192.168.1.10
🔧 避免分片的方法
方法1：设置DF标志
DF（Don't Fragment）：不分片标志
设置DF=1：
- 如果包太大，不分片
- 直接丢弃，返回ICMP错误
- "Fragmentation Needed"
用途：
- 路径MTU发现（PMTUD）
- 避免分片带来的问题
方法2：路径MTU发现
PMTUD（Path MTU Discovery）：
过程：
1. 设置DF=1，发送大包
2. 如果路由器MTU小，返回ICMP错误
3. 收到错误，减小包大小
4. 重复，直到找到最小MTU
5. 按最小MTU发送，避免分片
优点：
- 找到最优MTU
- 避免分片
- 提高性能
方法3：TCP MSS协商
TCP建立连接时：
客户端：我的MSS=1460
服务器：我的MSS=1460
双方使用最小的MSS
确保TCP段不会太大
避免IP层分片
Java设置MSS：
// 无法直接设置MSS
// 由TCP自动协商
// 基于接口MTU计算
🐛 常见面试题
Q1：什么是IP分片？为什么需要分片？
答案：
IP分片是将大的IP数据包拆分成小包的过程。
原因：
1. MTU限制
- 链路层有最大传输单元（MTU）
- 以太网MTU通常是1500字节
- 超过MTU无法传输
2. 异构网络
- 不同网络MTU不同
- 需要适应最小MTU
过程：
- 源节点或路由器分片
- 每片有相同标识（ID）
- 偏移字段指示位置
- MF标志表示是否还有更多片
- 目标主机重组
问题：
- 性能下降
- 丢包风险增加
- 防火墙可能拒绝
避免方法：
- 路径MTU发现
- TCP MSS协商
- 应用层控制数据大小
Q2：IPv4和IPv6的分片有什么区别？
答案：
IPv4分片：
- 源节点可以分片
- 路由器也可以分片
- 任何节点都可以分片
IPv6分片：
- 只有源节点可以分片
- 路由器不能分片
- 如果包太大，返回ICMP错误
原因：
IPv6设计目标：
- 简化路由器处理
- 提高转发效率
- 分片由源节点负责
优势：
- 路由器更快
- 网络性能更好
- 迫使应用层优化
实现：
IPv6源节点：
1. 路径MTU发现
2. 找到最小MTU
3. 按最小MTU分片
4. 使用分片扩展头部
🎓 总结
IP分片的关键点：
- 原因：包太大 > MTU
- 过程：拆分 → 传输 → 重组
- 字段：标识、偏移、MF标志
- 问题：性能下降、丢包风险
- 避免：PMTUD、MSS协商
记忆口诀：
包大MTU装不下 📦
分片拆开来传达 ✂️
标识偏移加MF 🏷️
目标重组恢复它 🧩
最好避免别分片 ⚠️
文档创建时间：2025-10-31
