MTU、IP MTU 與frame size的關(guān)系以及IP Packet分片

1、MTU、IP MTU 與frame size的關(guān)系以及IP Packet分片 Author：彭進(jìn)From：Published Time：2009-12-08 00:00:00.0Reads：604網(wǎng)絡(luò)的通信過程為上層數(shù)據(jù)被一層一層封裝后到達(dá)數(shù)據(jù)鏈路層，被封裝成幀，然后在物理鏈路上被傳輸。通常我們說以太網(wǎng)的MTU為1500 bytes，MTU和Frame size的關(guān)系，應(yīng)該分兩種情況來理解。一是：當(dāng)數(shù)據(jù)沒有被分片時(shí)；二是：當(dāng)數(shù)據(jù)被分片時(shí)；下文將會(huì)以實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論。為了研究frame size，我們先回憶一下幀的格式。按不同鏈路的封裝類型有多種幀格式。如以太網(wǎng)幀格式，串行鏈路幀格式不同幀格式

2、的幀頭內(nèi)容和大小不一。 下面以Cisco 的串行鏈路環(huán)境來說明。Cisco串行鏈路默認(rèn)封裝方式為Cisco專有的HDLC(High-Level Data Link Control protocol)。格式如下：AddressControlProtocol CodeInformationFrame Check Sequence (FCS)Flag1 byte1 byte          2 byte     MTU size2 byte1 byte1、Address

3、（1字節(jié)）字段用來表示該幀中包含的packet類型，0x0F表示unicast packet，0x8F表示broadcast  packet。2、Control（1字節(jié)）字段一般設(shè)置為0x00。3、Protocol Code（2字節(jié)）字段用來表示上層協(xié)議類型，0X0800表示IPv4。4、Information（MTU size）即有效數(shù)據(jù)。5、FCS（2字節(jié)）字段表示校驗(yàn)和。一般不需要。6、Flag（1字節(jié)）字段用來標(biāo)記幀。一般不需要。所以，1字節(jié)Address+1字節(jié)Control+2字節(jié)Protocol Code = 4字節(jié)HDLC幀。下圖是默認(rèn)情況下，即沒有在serial接口

4、上修改MTU的情況下，在CISCO路由器上使用命令Router# ping 10.1.1.2 size 100 后，在串行鏈路上抓到的數(shù)據(jù)：                                       &

5、#160;                                       （圖1）我們來分析一下：1處顯示該幀的大小為104 bytes，2處雖沒顯示HDLC頭的大小信息，但我們之前已將Cisco HDLC

6、分析過，大小為4bytes，3處指IP頭部20bytes4處顯示IP包共100bytes(含報(bào)頭和數(shù)據(jù))5處顯示ICMP用戶數(shù)據(jù)大小72字節(jié)6處為ICMP報(bào)頭信息，大小為8bytes(ICMP報(bào)文格式這里不詳細(xì)介紹) 分析結(jié)果：data(72byte)+ICMP header(8bytes)+IP header(20bytes)+HDCL header(4bytes) = Frame size(104bytes)data(72byte)+ICMP header(8bytes)+IP header(20bytes) = IP Packet(100bytes) 也就是

7、說Frame size(104bytes)減去HDLC header(4bytes)剛好等于IP Packet(100bytes) 。也剛好等于命令ping 10.1.1.2 size 100中“100”。所以，我們可以得到如下結(jié)論：ping 命令中指定size大小即為總共要發(fā)送的IP包大小。         現(xiàn)在我們?cè)趕erial接口上修改MTU大小為1000byte，用ping命令發(fā)送2000byte大小的IP包來試驗(yàn)。命令：Router(config-if)#MTU 1000Router#

8、ping 10.1.1.2 size 2000同樣在串行鏈路上用wireshark抓包得到如圖數(shù)據(jù)：                                         

9、0;                                   （圖2）發(fā)現(xiàn)2000bytes的IP Packet被分片成3個(gè)小的幀來傳輸。      我們?cè)賮砜纯吹?3幀的內(nèi)容： 

10、0;                                                 

11、0;                         （圖3）     從圖3可以看出該幀大小為1000bytes，減去4bytes HDCL header和20 bytes IP Header剩下976bytes為用戶數(shù)據(jù)。Flags:0x02顯示該幀只有還有后續(xù)分片幀，偏移量Fragment offset:0，Re

12、ssembled IP in frame:85顯示該幀在第85幀中被重新組裝。     我們?cè)賮砜纯吹?4幀的內(nèi)容：                                    &

13、#160;                                         （圖4）       從圖4可以看出該幀大小為1

14、000bytes，減去4bytes HDCL header和20 bytes IP Header剩下976bytes為用戶數(shù)據(jù)。Flags:0x02顯示該幀只有還有后續(xù)分片幀，偏移量Fragment offset:976，Ressembled IP in frame:85顯示該幀在第85幀中被重新組裝。      再來看看第85幀：                  

15、                                                  

16、          （圖5）      從圖5可以看出該幀大小為52bytes，減去4bytes HDCL header和20 bytes IP Header剩下28bytes為IP數(shù)據(jù)。Flags:0x00顯示該幀之后沒有后續(xù)分片，偏移量Fragment offset:1952，圖中標(biāo)示5標(biāo)示當(dāng)83幀、84幀、85幀到達(dá)目的地后，將被提取3個(gè)幀中的有效數(shù)據(jù)重新組裝稱完整的IP packet，有效數(shù)據(jù)976+976+28=1980，如果加上20bytes的

17、IP header剛好2000bytes。與我們ping命令指定發(fā)送IPpacket大小吻合。        在這個(gè)實(shí)例中，我們修改MUT為1000，所以鏈路層傳輸單個(gè)幀最大為1000bytes，如果發(fā)送的IP packet大于該MTU指定大小，那么該IP Packet將被分片，分片大小由MTU size 減去幀頭size得到的數(shù)據(jù)決定。在本例中分片大小為1000-4=996（IP Total Lenght filed）       下面同樣將MTU修改為1000，

18、而ping指定發(fā)送1000bytes IP Packe(命令ping 10.1.1.2 size 1000)，抓包得到以下數(shù)據(jù)：                                       &#

19、160;                           （圖5）個(gè)別子項(xiàng)沒有展開圖5顯示該幀大小1004bytes,IP total length為1000bytes（ping命令指定）。為什么該幀大于MTU指定大小了呢？請(qǐng)注意我們的IP total length大小為1000，沒有超過MTU指定大小，IP packet不

20、會(huì)被分片，所以1000bytes的IP packet被封裝進(jìn)幀后，加上4bytes的HDLC header就是我們?cè)阪溌飞习l(fā)送的幀，大小為1004bytes。由以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)我們可以得出以下結(jié)論：1、當(dāng)被封裝的數(shù)據(jù)小于或等于MTU指定大小的時(shí)候，被封裝的數(shù)據(jù)不會(huì)被分片，frame size<=MTU size+ frame header size2、當(dāng)被封裝的數(shù)據(jù)大于MTU指定大小的時(shí)候，被封裝的數(shù)據(jù)會(huì)以MTU減去幀頭得到的大小來分片，frame size<=MTU size 下面來討論IP MTU.條件：MTU為1500（默認(rèn)），修改接口IP MTU為1000，指定發(fā)送1500by

21、tes 的IP Packet 。命令：Router(config-if)# mtu 1500Router(config-if)# ip mtu 1000Router(config-if)# ip add 10.1.1.1 255.255.255.0Router# ping 10.1.1.2 size 1500抓包得到的數(shù)據(jù)分析：                     

22、0;                                             （圖6）1500bytes的IP包被分片成61、62幀。

23、                                                                   （圖7）61幀大小為100