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1、课题分类:现场维护类主题:IP分片技术课题名称:IP分片技术及其故障处理作者:赵亚群技术职称:助理工程师单位:铁通新疆分公司直属通信段网络支撑中心联系电话:0991-7923616投稿日期:2009年4月12日IP分片技术原理及其故障处理赵亚群(铁通新疆公司网络支撑中心)摘要:本文简要介绍了IP分片技术的原理,并由此引伸出当高层协议不允许分片时可能产生的问题,以及针对这种问题的分析、处理方法。关键字:IP分片MTUMSS引言现有的Internet网络是基于TCP/IP体系架构的,其数据交换方式采用的是分组交换技术。分组交换也称为包交换,发送信息的源站点
2、将用户要传送的数据按一定长度分割成若干个数据段,这些数据段叫做“分组”(或称包)。传输过程中,需在每个分组前加上控制信息和地址标识(即分组头),然后在网络中以“存储-转发”的方式进行传送。到了目的地,接收信息的站点将分组头去掉,把分割的数据段按顺序装好,还原成发端的数据交给收端用户,这一过程称为分组交换。IP分片原理在TCP/IP协议族中,每种链路层协议对数据帧的长度都有一个限制,其中我们常用的以太网的最大长度是1500字节,链路层的这个特性称作MTU(MaxitumTransmissionUnit),即最大传输单元(表一是几种网络的最大传输单元)。而
3、IP报头长度为20字节到60字节,其中有16比特的总长度字段,用于指示整个IP数据报的长度(单位为字节),也就是说,IP数据报的长度最大可达65535字节。尽管可以传送一个长达65535字节的IP数据报,但是大多数的链路层都会对它进行分片(fragmentation),把数据报文分成若干片进行传输。表一:几种网络的最大传输单元网络MTU字节超通道65535FDDI4352以太网1500IEEE802.3/802.21492X.25576点对点(低时延)296把一份IP数据报文分片以后,只有到达目的地才进行重新组装,这里的目的地是指IP报文传送的下一站,
4、而不是最终的目的地,因此分片和重新组装的过程对传输层是透明的。在IP报头中,标识、标志、段偏移就是用于IP报文的分片与重组的。其中标识字段长度为16比特,用于标识一个IP数据报。也就是说当发送端将某个较大的IP报文分片进行传输时,其中每个分片的标识字段都是相同的,代表这些分片是属于同一个数据报。段偏移字段13比特,用于指示该片在原始数据报中所处的位置。标志字段有三位,其中第一位未使用;第二位用于指出是否要对数据报分段,称为“请勿分段(DF)”位,如果该位的值设置为1,表示该数据报不能分段。如果必须对数据报分段,而DF位又置为1,则数据报会被丢弃,并向源
5、端发送一个ICMP差错报文;第三位用于指出当前分段后面是否还有更多的分段,如果此位置0,表示当前分段是数据报的最后一个分段。IP分片的优点是它为上层协议提供了一个透明的传输通道,使上层协议不必关心底层不同的硬件技术。但是它也有缺点:在传输过程中,即使只丢失其中的一片数据也要重传整个数据报,因为IP层的传输机制是“尽力而为”的,它本身没有超时重传机制,无法保证数据的可靠性,其可靠性是由高层协议来实现的——TCP本身具有超时和重传机制,UDP没有,但一些UDP应用程序本身执行超时和重传。最大报文段长度最大报文段长度——MSS(MaxitumSegmentS
6、ize)表示TCP每次能够传输的最大数据块的长度。TCP协议在建立连接的时候通常要协商双方的MSS值,通讯双方会将双方提供的MSS的最小值确定为这次连接的最大MSS值,这个值TCP协议在实现的时候往往用MTU值减去固定的IP首部(20字节)和TCP首部(20字节)长度,因此对于以太网而言,其MSS值通常是1460。当然,在实际的网络环境中,情况往往比较复杂,例如对于PPPOE报文——基于以太网的点对点协议,因为采用了二次封装(增加了PPP的报头,其开销为8字节),导致以太网帧的实际净荷减小了,其MTU值变为1500-8=1492字节,此时,如果高层协议
7、因为某些原因不允许网络层对其数据包进行分片,就有可能导致某些应用无法通信。实际应用分析在实际的组网应用中,因IP不允许分片而导致报文丢弃的故障现象通常是:网络层可达,某些网站和应用没问题,而有些网站无法浏览,某些应用(如收发邮件等)无法正常使用等。这时,我们可以通过抓包工具和测试命令来判断、定位故障点。首先,通过抓包查看建立TCP连接的两个主机之间协商的MSS值的大小。如下图所示,通过获取的报文可以看到:主机116.245.111.254与服务器61.172.201.209之间在进行TCP握手时,协商的MSS值的大小为1460。在IP协议的标志位(fl
8、ags字段),可以看到DF位的设置,如下图所示,DF位被置为1,即不允许报文分片。这就要求主机
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