IP 分片是 TCP/IP 协议栈中网络层（IP 层）的核心机制，目的是解决 “IP 报文长度超过数据链路层 MTU 限制” 的传输问题 —— 确保大型 IP 数据报能通过不同 MTU 的网络链路（如以太网、PPP 链路）成功送达目标主机。以下从核心背景、关键字段、分片过程、组装过程、注意事项、实例演示六个维度详细讲解：

为什么需要 IP 分片

1. MTU 的定义

MTU（最大传输单元）是数据链路层（如以太网、WiFi）对 “封装后的 IP 数据包” 的最大数据长度限制（单位：字节），代表该链路单次能传输的最大 IP 数据报尺寸（不含数据链路层头部）。

• 常见 MTU 值：以太网默认 1500 字节（最常用）、PPP 链路默认 1500 字节、部分窄带链路（如卫星网）可能低至 576 字节。

2. 分片的触发条件

当 IP 层收到上层协议（如 TCP、UDP）传递的 IP 数据报时，会先检查其总长度：

• 若总长度 ≤ 出接口 MTU：直接转发，无需分片；
• 若总长度 ＞ 出接口 MTU：且 IP 头部 “禁止分片（DF）” 标志未置 1，则触发分片；
• 若总长度 ＞ 出接口 MTU：且 DF 标志置 1（禁止分片），IP 层会丢弃该报文，并向源主机发送 “ICMP 不可达（需要分片但被禁止）” 报文。

IP 头部中与分片相关的核心字段

IP 分片和组装的逻辑完全依赖 IP 头部的 3 个关键字段（文档中已提及，此处细化解释），需先明确其作用：

关键约束

由于片偏移以 8 字节为单位，因此：

• 除最后一个分片外，所有分片的数据部分长度必须是 8 的整数倍（确保分片拼接后数据连续）；
• 片偏移的最大值为 2¹³ - 1 = 8191，对应实际偏移字节数 = 8191 × 8 = 65528 字节，与 IP 头部 “总长度” 字段（16 位，最大 65535 字节）匹配（65528 + 7 字节 = 65535，最后一个分片可不足 8 字节）。

IP 分片的具体过程（发送方侧）

1. 计算分片阈值

首先确定 “单个分片的数据部分最大长度”：分片阈值 = 出接口 MTU - IP 头部固定长度（默认 20 字节，无选项字段时）→ 例：以太网 MTU=1500 字节，则分片阈值 = 1500 - 20 = 1480 字节（每个分片的数据部分最多 1480 字节）。

2. 分割原始数据报

将原始 IP 数据报拆分为多个片段，遵循规则：

• 原始 IP 头部的 “版本、源 IP、目的 IP、协议” 等核心字段保留不变；
• 每个分片的数据部分长度 ≤ 分片阈值，且除最后一个分片外，其余分片数据长度必须是 8 的整数倍；
• 原始数据报的 “数据部分” 被连续分割，无重叠、无遗漏。

3. 为每个分片构建新 IP 头部

每个分片都会生成独立的 IP 头部（并非复用原始头部），关键调整如下：

• 标识（ID）：与原始数据报的 ID 保持一致（确保接收方识别为同一组分片）；
• 标志（Flags）：
  • 除最后一个分片外，其余分片的 MF 位 = 1（表示 “还有更多分片”）；
  • 最后一个分片的 MF 位 = 0（表示 “分片结束”）；
  • DF 位 = 0（分片后自动置为允许分片）；
• 片偏移：按 “当前分片数据在原始数据中的起始位置 ÷ 8” 计算（单位：8 字节）；
• 总长度：当前分片的 IP 头部长度 + 数据部分长度（每个分片的总长度 ≤ MTU）；
• 首部检验和：重新计算（因头部字段已修改）。

4. 独立发送分片

每个分片都是 “独立的 IP 数据包”，会：

• 各自封装到数据链路层帧中（如以太网帧）；
• 独立选择路由（可能经过不同路径到达目标主机）；

只要有一个丢包了，tcp就需要对整个数据包重传，然后再走一遍上面的流程，所以看出分片增大了丢包概率，一个包丢包率1%，把他拆成三个包丢包率就是3%了。

IP 分片的组装过程（接收方侧）

接收方的 IP 层会按以下 3 步完成组装（仅在目标主机执行，中间路由器不组装分片）：

1. 分片分组（按 ID 聚合）

接收方收到 IP 数据包后，根据 “标识（ID）+ 源 IP + 目的 IP + 协议” 四元组，将属于同一原始数据报的所有分片归为一组 —— 核心依据是 “ID 相同”（同一原始报文的分片 ID 一致）。

2. 分片排序（按片偏移排序）

对同一组内的分片，按 “片偏移” 字段升序排列：→ 片偏移 = 0 的分片是第一个分片（原始数据的起始部分）；→ 片偏移最大且 MF=0 的分片是最后一个分片（原始数据的末尾部分）。

3. 完整性检查与拼接

• 完整性判断：当收到 “MF=0” 的最后一个分片后，计算 “所有分片的数据长度之和” 是否等于 “原始数据总长度”（通过最后一个分片的片偏移 + 数据长度推导），确认无分片丢失；
• 数据拼接：将排序后的分片数据部分连续拼接，还原原始数据报的 “数据部分”；
• 恢复原始 IP 头部：用原始数据报的核心字段（版本、源 IP、目的 IP 等）构建完整 IP 头部，丢弃各分片的独立头部信息；
• 传递给上层：将组装后的完整 IP 数据报传递给上层协议（如 TCP、UDP）——IP 分片对传输层完全透明，TCP/UDP 无需感知分片过程，仅接收完整数据。

IP 分片的关键注意事项

1. 传输层透明性：TCP、UDP 等传输层协议看不到分片过程，仅接收组装后的完整数据；若某一分片丢失，IP 层不重传，需依赖 TCP 的重传机制（UDP 无重传，会导致数据丢失）。
2. 中间路由器不组装：分片仅在发送方拆分、目标主机组装，中间路由器仅转发分片（可能因链路 MTU 更小而再次分片，但需遵循分片规则）。
3. 分片丢失的影响：只要有一个分片丢失，整个原始数据报就无法组装，需等待上层协议重传（TCP 会重传完整原始报文，UDP 则直接丢失数据）。
4. 禁止分片的场景：若 IP 头部 DF 位 = 1（禁止分片），则报文超过 MTU 时会被丢弃，常见于 “路径 MTU 发现（PMTUD）” 机制（TCP 通过 DF 位探测路径上的最小 MTU，避免分片）。

实例演示：3000 字节 IP 报文的分片过程

假设场景：原始 IP 数据报总长度 = 3000 字节（其中 IP 头部 20 字节，数据部分 2980 字节），发送方出接口 MTU=1500 字节（以太网默认），无 IP 选项字段。

1. 计算分片阈值

分片阈值 = MTU - IP 头部长度 = 1500 - 20 = 1480 字节（每个分片的数据部分最大 1480 字节，且 1480 是 8 的整数倍：1480 ÷ 8 = 185）。

2. 分片数量与参数计算

原始数据部分 = 2980 字节，需拆分为 3 个分片（前 2 个分片数据长度 = 1480 字节，最后 1 个 = 2980 - 1480×2=20 字节），各分片参数如下：

3. 组装逻辑（接收方侧）

• 按 ID 分组：3 个分片的 ID 相同，归为一组；
• 按片偏移排序：分片 1（0）→ 分片 2（185）→ 分片 3（370）；
• 完整性检查：分片 3 的 MF=0（最后一个分片），且数据总长度 = 1480+1480+20=2980 字节（与原始数据长度一致）；
• 拼接数据：0~1479 字节（分片 1）→ 1480~2959 字节（分片 2）→ 2960~2979 字节（分片 3），还原原始数据，再加上原始 IP 头部，传递给上层协议。

常见问题解答

1. 接收方如何得知报文被分片？

两种判断依据：

• 分片的 MF 位 = 1（表示还有后续分片）；
• 片偏移值＞0（表示当前分片不是原始报文的起始部分）。只要满足其一，即可判定为分片。

2. 接收方如何得知分片收全了？

当收到 “MF=0” 的最后一个分片后，通过以下公式验证：所有分片的数据长度之和 = 最后一个分片的片偏移 ×8 + 最后一个分片的数据长度→ 例：1480+1480+20 = 370×8 + 20 = 2960 + 20 = 2980 字节（与原始数据长度一致），则判定收全。

3. 接收方如何组合形成完整报文？

• 按 “ID + 源 IP + 目的 IP + 协议” 分组；
• 按片偏移升序排序；
• 连续拼接所有分片的数据部分；
• 用原始报文的核心字段（版本、源 IP、目的 IP 等）构建完整 IP 头部，最终形成原始 IP 数据报。