IP分片實例分析
引言
最近公司要研發一款用於鏈路通信加密的設備，使用祖沖之算法對OSI七層中的數據鏈路層數據進行流式加密，在設計技術方案時，發現一個問題，就是廣域網上傳輸的數據包都是有最大長度限制的，對TCP數據包是MSS(最大分段長度), 對UDP數據包是MTU（最大傳輸單元），而對於我們的項目，TCP的分段不用特殊處理，而IP分片需要在加密設備端主動分片，並且滿足IP的包格式。UDP不會分段，就由IP分片；TCP會分段，就不用IP分片。
IP分片
下面我們就具體說說IP分片，當UDP包長度大於MTU(1500)時,進行IP分片，即一個IP包分成多個：
1.在IP包頭部分，分片後的包和原始包對比，FLAGS 和 FRAGMENT OFFSET兩個字段的內容要發生變化----詳見下面 IP報文格式 和 IP分片實例分析；
2.分片後的數據包中，只有第一包是帶UDP包首部，其餘包只有IP包首部，到了終端後在進行重組。
IP報文格式
上面是IP的報文格式，接下來我們先說明各個字段的意義。然後，用Etheral軟件轉包分析IP的報文格式。
1.版本：ip報文中，版本佔了4位，用來表示該協議採用的是那一個版本的ip，相同版本的ip才能進行通信。一般此處的值爲4，表示ipv4。
2.頭長度：該字段用四位表示，表示整個ip包頭的長度，其中數的單位是4字節。即二進制數0000-1111（十進制數0-15），其中一個最小長度爲0字節，最大長度爲60字節。一般來說此處的值爲0101，表示頭長度爲20字節。
3.Tos服務字段：該字段用8位表示。該字段一般情況下不使用。
4..總長度：該字段表示整個ip報文的長度，單位是1字節。能表示的最大字節爲2^16-1=65535字節。不過由於鏈路層的MTU限制。超過1480字節後就會被分片（以太幀MTU爲1500的情況下，除去20字節的包頭）
5.標識：該字段是ip軟件實現的時候自動產生的，該字段的目的不是爲了接受方的按序接受而設置的，而是在ip分片以後，用來標識同一片分片的。方便ip分片的重組。
6.標誌：該字段是與ip分片有關的。其中有三位，但只有兩位是有效的，分別爲MF，DF，MF。MF標識後面是否還有分片，爲1時，表示後面還有分片。DF標識是否能分片，爲0表示可以分片。
7.片偏移：該字段是與ip分片後，相應的ip片在總的ip片的位置。該字段的單位是8字節。比如，一個長度爲4000字節的ip報文，到達路由器。這是超過了鏈路層的MTU，需要進行分片，4000字節中，20字節爲包頭，3980字節爲數據，需要分成3個ip片（鏈路層MTU爲1500），那麼第一個分片的片偏移就是0，表示該分片在3980的第0位開始，第1479位結束。第二個ip片的片偏移爲185（1480/8），表示該分片開始的位置在原來ip的第1480位，結束在2959。第三片的片偏移爲370（2960/8），表示開始的時候是2960位，結束的時候在3979位。
8.TTL：該片表示生存週期，該值佔8位。ip分片每經過一個路由器該值減一，它的出現是爲了防止路由環路，浪費帶寬的問題。比如，該ip在R1路由器發送到R2路由器。R2路由器又發給R1路由器。防止這種循環。window系統默認爲128.
9.協議：該值標識上層的協議。佔8位。其中1，標識ICMP、2標識IGMP、6標識TCP、17標識UDP、89標識OSPF。
10校驗和：該值是對整個數據包的包頭進行的校驗。佔16位。
11.源地址和目的地址。標識發送ip片的源和目的ip，32位
12.接下來是可選的部分，一般一些特殊的要求會加在這個部分。
13：數據
IP分片實例分析
下面是我在實際測試中的抓包截圖和分析，抓包工具用的IPtool,對其進行了過濾設置，所以只會看到分片後的幾個包：
1. 上圖分爲三塊，最上面的是0--3共四個數據包，是分片後的數據包，可以看到包類型，包長度，以及源地址，目的地址，源端口，目的端口（端口號爲什麼是雜亂無章的哪？？？？？文中有答案，仔細閱讀哦）；
2. 上圖左下區域爲 報文解析，大家可以對照 IP報文格式 進行學習，注意上圖是IP分片的第0包，所以FRAGMENT OFFSET 值爲0，那麼第1包是185，第2包是370，第3包是555，FLAGS字段 最後一包和其他包的值不一致，可以與下面的截圖進行對比；
3.上圖右下區域爲報文完整內容。
附件：四個分片的完整截圖
重要的事情強調三遍：
分片後的數據包中，只有第一包是帶UDP包首部，其他包的都是數據；FRAGMENT OFFSET 該字段的單位是8字節.
分片後的數據包中，只有第一包是帶UDP包首部，其他包的都是數據；FRAGMENT OFFSET 該字段的單位是8字節.
分片後的數據包中，只有第一包是帶UDP包首部，其他包的都是數據；FRAGMENT OFFSET 該字段的單位是8字節.