《TCP／IP详解，卷2：实现》读书笔记－IP分片和重组

IP具有一种重要功能，就是当分组过大而不适合在所选硬件接口上发送时，能够对分组进行分片。过大的分组被分成两个或多个大小适合在所选定网络上发送的IP分片。而在去目的主机的路途中，分片还可能被中间的路由器继续分片。在目的主机上，一个IP数据报可能放在一个IP分组内或者多个IP分组内。因为各个分片可能以不同的路径到达目的主机，所以只有目的主机才有机会看到所有分片。因此，也只有目的主机才能把所有分片重装成一个完整的数据报，提交给合适的运输层协议。

IP首部内有三个字段实现分片和重装：标识字段(ip_id)、标志字段(ip_off的3个高位比特)和偏移字段(ip_off的13个低位比特)。标志字段由三个1bit标志组成。

1） 比特0是保留的，必须为0；

2） 比特1是“不分片”(DF)标志,如果将这一比特置1，IP将不对数据报进行分片,这时如果有需要进行分片的数据报到来，会丢弃此数据报并发送一个ICMP差错报文给起始端。

3） 比特2是“更多分片”(MF)标志。除了最后一片外，其他每个组成数据报的片都要把该比特置1。

BSD中，标志和偏移字段结合起来，由ip_off访问。ip_id标识了特定数据报的分片，ip_off确定了分片在原始数据报内的位置，除最后一个分片外，MF标识每个分片。

 

 

 

在讲IP重组之前，先介绍一下ipq的结构：

具体结构的组织信息如下下图所示:

1）所有结构都放在一个mbuf的数据区内。

2）ipq链表由next和prev链接起来的ipq结构组成。每个ipq结构保存了唯一标识一个IP数据报的四个字段。

3）当作为分片链表的头访问时，每个ipq结构被看成是一个ipasfrag结构。这些分片由ipf_next和ipf_prev链接起来，分别覆盖了ipq结构的ipq_next和ipq_prev成员。

4）每个ipasfrag结构都覆盖了到达分片的ip结构，与分片一起到达的数据在缓存中跟在该结构之后。ipasfrag结构中的字段ipf_mff，ipf_next，ipf_prev的含义与其在ip结构中不太相同。

 

IP重组的流程：

1）由于ip_off包含DF比特、MF比特以及分片偏移，如果MF比特或分片偏移非零，则DF就被掩盖掉了，分组就是一个必须被重装的分片。如果两者都为零，则分组就是一个完整的数据报，不需要进行重组。

2）在一个全局双向链表i p q上记录不完整的数据报。分片是由4元组{ip_id、ip_src、ip_dst和ip_p}唯一标识的，利用这个4元组作为匹配项对表ipq进行线性搜索，为当前分片找到合适的数据报。

3）修改ip_len，从中减去标准IP首部和任何选项，把MF标志复制到ipf_mff的低位，把ip_tos覆盖掉。用8乘ip_off，把它从以8字节为单元转换成以1字节为单元。ipf_mff和ip_off决定ipintr是否应该重组。