组装分片数据包用到哪个字段

A. 数据包中的什么字段指明这是一个基于udp的通信

UDP协议的全称是用户数据报，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包。在OSI模型中，在第四层——传输层，处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据报分组、组装和不能对数据包的排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。

为什么要使用UDP

在选择使用协议的时候，选择UDP必须要谨慎。在网络质量令人不十分满意的环境下，UDP协议数据包丢失会比较严重。但是由于UDP的特性：它不属于连接型协议，因而具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多，因为它们即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。比如我们聊天用的ICQ和OICQ就是使用的UDP协议。

在Java中操纵UDP

使用位于JDK中Java.net包下的DatagramSocket和DatagramPacket类，可以非常方便地控制用户数据报文。

在描述它们之前，必须了解位于同一个位置的InetAddress类。InetAddress实现了Java.io. Serializable接口，不允许继承。它用于描述和包装一个Internet IP地址，通过三个方法返回InetAddress实例：

getLocalhost()：返回封装本地地址的实例。

getAllByName(String host)：返回封装Host地址的InetAddress实例数组。

getByName(String host)：返回一个封装Host地址的实例。其中，Host可以是域名或者是一个合法的IP地址。

B. 数据分片应遵守哪些基本原则数据分片有哪些基本类型和方法

链路层具有最大传输单元MTU这个特性，它限制了数据帧的最大长度，不同的网络类型都有一个上限值。以太网的MTU是1500，你可以用 netstat -i 命令查看这个值。如果IP层有数据包要传，而且数据包的长度超过了MTU，那么IP层就要对数据包进行分（fragmentation）操作，使每一片的长度都小于或等于MTU。我们假设要传输一个UDP数据包，以太网的MTU为1500字节，一般IP首部为20字节，UDP首部为8字节，数据的净荷（payload）部分预留是1500-20-8=1472字节。如果数据部分大于1472字节，就会出现分片现象。
分片（sharding）是数据库分区的一种，它将大型数据库分成更小、更快、更容易管理的部分，这些部分叫做数据碎片。碎片这个词意思就是整体的一小部分。
Jason Tee表示：“简言之，分片（sharding）数据库需要将数据库（database）分成多个没有共同点的小型数据库，且它们可以跨多台服务器传播。”
技术上来说，分片（sharding）是水平分区的同义词。在实际操作中，这个术语常用来表示让一个大型数据库更易于管理的所有数据库分区。
分片（sharding）的核心理念基于一个想法：数据库大小以及数据库上每单元时间内的交易数呈线型增长，查询数据库的响应时间（response time）以指数方式增长。
另外，在一个地方创建和维护一个大型数据库的成本会成指数增长，因为数据库将需要高端的计算机。相反地，数据碎片可以分布到大量便宜得多的商用服务器上。就硬件和软件要求而言，数据碎片相对来说没什么限制。
在某些情况中，数据库分片（sharding）可以很简单地完成。按地理位置拆分用户数据库就是一个常见的例子。位于东海岸的用户被分到一台服务器上，在西海岸的用户被分在另一台服务器上。假设没有用户有多个地理位置，这种分区很易于维护和创建规则。
但是数据分片（sharding）在某些情况下会是更为复杂的过程。例如，一个数据库持有很少结构化数据，分片它就可能非常复杂，并且结果碎片可能会很难维护。
分片过程
对于发送端发送的每份IP数据报来说，其标识字段都包含一个唯一值。该值在数据报分片时被复制到每个片中。标志字段用其中一个比特来表示“更多的片”。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。片偏移字段指的是该片偏移原始数据报开始处的位置。另外，当数据报被分片后，每个片的总长度值要改为该片的长度值。
最后，标志字段中有一个比特称作“不分片”位。如果将这一比特置1，IP将不对数据报进行分片。相反把数据报丢弃并发送一个ICMP差错报文给起始端。
当IP数据报被分片后，每一片都成为一个分组，具有自己的IP首部，并在选择路由时与其他分组独立。这样，当数据报的这些片到达目的端时有可能会失序，但是在IP首部中有足够的信息让接收端能正确组装这些数据报片。

C. 分片后的IP数据报在重组时是怎样确定顺序的具体到哪个协议

重组由目的端IP层来完成。
有标识字段来确定分片属于哪一个报文，有分片中的片偏移确定分片的顺序。
除最后一个分片外，分片的标志字段有一个比特标识“更多的片”。

D. IP协议报文有哪些主要字段

1、版本（4比特）
IP协议版本已经经过多次修订，1981年的RFC0791描述了IPV4，RCF2460中介绍了IPV6。
2、报头长度（4比特）
报头长度是报头数据的长度，以4字节表示，也就是以32字节为单位。报头长度是可变的。必需的字段使用20字节（报头长度为5，IP选项字段最多有40个附加字节（报头长度为15）。
3、服务类型（8比特）
该字段给出发送进程建议路由器如何处理报片的方法。可选择最大可靠性、最小延迟、最大吞吐量和最小开销。路由器可以忽略这部分。
4、数据报长度（16比特）
该字段是报头长度和数据字节的总和，以字节为单位。最大长度为65535字节。
5、标识符（16比特）
原是数据的主机为数据报分配一个唯一的数据报标识符。在数据报传向目的地址时，如果路由器将数据报分为报片，那么每个报片都有相同的数据标识符。
6、标志（3比特）
标志字段中有2为与报片有关。
位0：未用。
位1：不是报片。如果这位是1，则路由器就不会把数据报分片。路由器会尽可能把数据报传给可一次接收整个数据报的网络；否则，路由器会放弃数据报，并返回差错报文，表示目的地址不可达。IP标准要求主机可以接收576字节以内的数据报，因此，如果想把数据报传给未知的主机，并想确认数据报没有因为大小的原因而被放弃，那么就使用少于或等于576字节的数据。
位2：更多的报片。如果该位为1，则数据报是一个报片，但不是该分片数据报的最后一个报片；如果该位为0，则数据报没有分片，或者是最后一个报片。
7、报片偏移（13比特）
该字段标识报片在分片数据报中的位置。其值以8字节为单位，最大为8191字节，对应65528字节的偏移。
例如，将要发送的1024字节分为576和424字节两个报片。首片的偏移是0，第二片的偏移是72（因为72×8＝576）。
8、生存时间（8比特）
如果数据报在合理时间内没有到达目的地，则网络就会放弃它。生存时间字段确定放弃数据报的时间。
生存时间表示数据报剩余的时间，每个路由器都会将其值减一，或递减需要数理和传递数据报的时间。实际上，路由器处理和传递数据报的时间一般都小于1S，因此该值没有测量时间，而是测量路由器之间跳跃次数或网段的个数。发送数据报的计算机设置初始生存时间。
9、协议（8比特）
该字段指定数据报的数据部分所使用的协议，因此IP层知道将接收到的数据报传向何处。TCP协议为6，UDP协议为17。
10、报头检验和（16比特）
该字端使数据报的接收方只需要检验IP报头中的错误，而不校验数据区的内容或报文。校验和由报头中的数值计算而得，报头校验和假设为0，以太网帧和TCP报文段以及UDP数据报中的可选项都需要进行报文检错。
11、源IP地址（32比特）
表示数据报的发送方。
12、目的IP地址（32比特）
表示数据报的目的地。

E. 容器分片组装和分段组装的区别

IP分片和TCP分段的区别
1，MTU（Maximum Transmission Unit，MTU），最大传输单元
（1）以太网和802.3对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是1500和1492个字节。链路层的这个特性称作MTU。不同类型的网络大多数都有一个上限。如果IP层有一个数据要传，且数据的长度比链路层的MTU还大，那么IP层就要进行分片（fragmentation），把数据报分成若干片，这样每一个分片都小于MTU。
（2）把一份IP数据报进行分片以后，由到达目的端的IP层来进行重新组装，其目的是使分片和重新组装过程对运输层（TCP/UDP）是透明的。由于每一分片都是一个独立的包，当这些数据报的片到达目的端时有可能会失序，但是在IP首部中有足够的信息让接收端能正确组装这些数据报片。
（3）尽管IP分片过程看起来透明的，但有一点让人不想使用它：即使只丢失一片数据也要重新传整个数据报。why？因为IP层本身没有超时重传机制------由更高层（比如TCP）来负责超时和重传。当来自TCP报文段的某一片丢失后，TCP在超时后会重发整个TCP报文段，该报文段对应于一份IP数据报（而不是一个分片），没有办法只重传数据报中的一个数据分片。
（4）使用UDP很容易导致IP分片，TCP试图避免IP分片。那么TCP是如何试图避免IP分片的呢？其实说白了，采用TCP协议进行数据传输是不会造成IP分片的，因为一旦TCP数据过大，超过了MSS，则在传输层会对TCP包进行分段（如何分，见下文！），自然到了IP层的数据报肯定不会超过MTU，当然也就不用分片了。而对于UDP数据报，如果UDP组成的IP数据报长度超过了1500，那么IP数据报显然就要进行分片，因为UDP不能像TCP一样自己进行分段。总结：UDP不会分段，就由我IP来分。TCP会分段，当然也就不用我IP来分了！
2，MSS（Maxitum Segment Size）最大分段大小的缩写，是TCP协议里面的一个概念 （1）MSS就是TCP数据包每次能够传输的最大数据分段。为了达到最佳的传输效能TCP协议在建立连接的时候通常要协商双方的MSS值，这个值TCP协议在实现的时候往往用MTU值代替（需要减去IP数据包包头的大小20Bytes和TCP数据段的包头20Bytes）所以往往MSS为1460。通讯双方会根据双方提供的MSS值得最小值确定为这次连接的最大MSS值。
（2）相信看到这里，还有最后一个问题：TCP是如何实现分段的呢？其实TCP无所谓分段，因为每个TCP数据报在组成前其大小就已经被MSS限制了，所以TCP数据报的长度是不可能大于MSS的，当然由它形成的IP包的长度也就不会大于MTU，自然也就不用IP分片了

F. 对IP数据报分片的重组通常发生在（ ）上

B。原因如下：

1、在TCP/IP分层中，数据链路层用MTU来限制所能传输的数据包大小。MTU是指一次传送的数据最大长度，不包括数据链路层数据帧的帧头。当发送的IP数据报的大小超过了MTU时，IP层就需要对数据进行分片，否则数据将无法发送成功。

2、IP分片发生在IP层，不仅源端主机会进行分片，中间的路由器也有可能分片，因为不同网络的MTU是不一样的。如果传输路径上的某个网络的MTU比源端网络的MTU要小，路由器就可能对IP数据报再次进行分片。而分片数据的重组只会发生在目的端的IP层。

3、IP层是没有超时重传机制的。如果IP层对一个数据包进行了分片，只要有一个分片丢失了，只能依赖于传输层进行重传，结果是所有的分片都要重传一遍，这个代价有点大。由此可见，IP分片会大大降低传输层传送数据的成功率，所以要避免IP分片。

(6)组装分片数据包用到哪个字段扩展阅读

IP数据报分片重组的相关明细

1、IP分片

①当IP需要分片时，会从原来的分组中把IP首部和IP选项复制到新的分组中，IP首部复制在一个结构中，只复制那些将被复制到每个分片中的选项；

②设置分片包括MF位的偏移字段。如果原来分组中已设置了MF位，则在所有分片中都把MF置位。如果原来分组中没有设置MF位，则除了最后一个分片外，其它所有分片中的MF都置位；

③为分片设置长度，以网络字节序存储长度；

④从原始分组中把数据复制到分片中。调整新创建的分片的分组首部，使其具有正确的全长。把新分片的接口指针清零，计算新分片的检验和，把该分片与前面的分片链接起来。

2、IP重组

①如果MF位或分片偏移非零，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上记录不完整的数据报。分片是由4元组唯一标识的，利用这个4元组作为匹配项对表进行线性搜索，为当前分片找到合适的数据报；

③修改数据报长度字段，从中减去标准IP首部和任何选项，运算后决定是否应该重组；

④通过把当前分片与以前收到的分片组合在一起，能重装成一个完整的数据报，它就返回指向该重装好的数据报的指针。如果没有重装好，则保存该分片，跳到下一步去处理下一个分片。如果重装处理产生一个完整的数据报，就把它上传给合适的传输层协议。

G. 那么应该划分为几个短些的数据报片各数据报片得数据字段长度，片偏移字段和MF标志各为何数值

首先ip数据报首部20还剩1460，最大为500，再加上除最后一分片外，其它分片长度必须为8的整数倍，所以分为3片长度分别为496，496，468，偏移量分别为0/8，4968，496•2/8。MF分别为1，1，0。

例如：

3片；

第一片：数据字段长度1480、片偏移是0，MF是1；

第二片：数据字段长度1480、片偏移是185，MF是1；

第三片：数据字段长度1020、片偏移是370和MF是0。

(7)组装分片数据包用到哪个字段扩展阅读：

首部长度：占4位，可表示的最大十进制数值是15。请注意，这个字段所表示数的单位是32位字（1个32位字长是4字节），因此，当IP的首部长度为1111时，首部长度就达到60字节。当IP分组的首部长度不是4字节的整数倍时，必须利用最后的填充字段加以填充。

因此数据部分永远在4字节的整数倍开始，这样在实现IP协议时较为方便。首部长度限制为60字节的缺点是有时可能不够用。但这样做是希望用户尽量减少开销。最常用的首部长度就是20字节（即首部长度为0101），这时不使用任何选项。

H. 在IP首部中，与分片有关的字段是那几个

IP数据包在封装时, 在IP头的第8-9个字节(16bit)中, 存放关于分片的信息. 其中前3个bit表示分片的状态, 后13个bit表示当前片断在分片之前的整块待封装的数据包中的偏移量(因为IP数据包的最大可能长度为16bit, 而这13bit无法表示16bit的范围, 故实际使用时, 偏移量的计算是用这13bit的值乘8(3bit), 以实现表示16bit的范围)。

不分片标记(Don't Fragment Flag)

IP头第8-9字节从左往右的第2bit表示当前IP数据包是(1)否(0)不分片, 缺省值为0, 就是不不分片, 即允许分片. 因为默认允许分片, 所以我们平常使用Ping命令时, 加参数-l 65500(指定IP包大小)Ping一台机器也不会有问题。

是否有后续分片标记(More Fragments Flag)

IP头第8-9字节从左往右的第3bit表示当前数据包里的数据是否为某块数据的最后一个分片, 若为0, 则说明当前数据包内的数据没有分片或者是最后一个分片, 若为1, 则表示后面还有属于同一块数据的分片。

I. 为什么有时需要对IP数据报进行分片如何分片

任何时候IP层接收到一份要发送的IP数据报时，它要判断向本地哪个接口发送数据（选路），并查询该接口获得其MTU。IP把MTU与数据报长度进行比较，如果需要则进行分片。分片可以发生在原始发送端主机上，也可以发生在中间路由器上。
把一份IP数据报分片以后，只有到达目的地才进行重新组装（这里的重新组装与其他网络协议不同，它们要求在下一站就进行进行重新组装，而不是在最终的目的地）。重新组装由目的端的IP层来完成，其目的是使分片和重新组装过程对运输层（ T C P和UDP）是透明的，除了某些可能的越级操作外。已经分片过的数据报有可能会再次进行分片（可能不止一次）。IP首部中包含的数据为分片和重新组装提供了足够的信息。
回忆IP首部（图3 - 1），下面这些字段用于分片过程。对于发送端发送的每份IP数据报来说，其标识字段都包含一个唯一值。该值在数据报分片时被复制到每个片中（我们现在已经看到这个字段的用途）。标志字段用其中一个比特来表示“更多的片”。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。片偏移字段指的是该片偏移原始数据报开始处的位置。另外，当数据报被分片后，每个片的总长度值要改为该片的长度值。
最后，标志字段中有一个比特称作“不分片”位。如果将这一比特置1，IP将不对数据报进行分片。相反把数据报丢弃并发送一个I C M P差错报文（“需要进行分片但设置了不分片比特”，见图6 - 3）给起始端。在下一节我们将看到出现这个差错的例子。
当IP数据报被分片后，每一片都成为一个分组，具有自己的IP首部，并在选择路由时与其他分组独立。这样，当数据报的这些片到达目的端时有可能会失序，但是在IP首部中有足够的信息让接收端能正确组装这些数据报片。
尽管IP分片过程看起来是透明的，但有一点让人不想使用它：即使只丢失一片数据也要重传整个数据报。为什么会发生这种情况呢？因为IP层本身没有超时重传的机制——由更高层来负责超时和重传（T C P有超时和重传机制，但UDP没有。一些UDP应用程序本身也执行超时和重传）。当来自T C P报文段的某一片丢失后，T C P在超时后会重发整个T C P报文段，该报文段对应于一份IP数据报。没有办法只重传数据报中的一个数据报片。事实上，如果对数据报分片的是中间路由器，而不是起始端系统，那么起始端系统就无法知道数据报是如何被分片的。就这个原因，经常要避免分片。文献[Kent and Mogul 1987]对避免分片进行了论述。
使用UDP很容易导致IP分片（在后面我们将看到， T C P试图避免分片，但对于应用程序来说几乎不可能强迫T C P发送一个需要进行分片的长报文段）。我们可以用s o c k程序来增加数据报的长度，直到分片发生。在一个以太网上，数据帧的最大长度是1 5 0 0字节（见图2 - 1），其中1 4 7 2字节留给数据，假定IP首部为2 0字节， UDP首部为8字节。我们分别以数据长度为1471, 1472, 1473和1 4 7 4字节运行s o c k程序。最后两次应该发生分片：
bsdi % sock -u -i -nl -w1471 svr4 discard
bsdi % sock -u -i -nl -w1472 svr4 discard
bsdi % sock -u -i -nl -w1473 svr4 discard
bsdi % sock -u -i -nl -w1474 svr4 discard
相应的tcpmp输出如图11 - 7所示。

前两份UDP数据报（第1行和第2行）能装入以太网数据帧，没有被分片。但是对应于写1473字节的IP数据报长度为1 5 0 1，就必须进行分片（第3行和第4行）。同理，写1 4 7 4字节产生的数据报长度为1 5 0 2，它也需要进行分片（第5行和第6行）。
当IP数据报被分片后， tcpmp打印出其他的信息。首先，frag 26304（第3行和第4行）和frag 26313（第5行和第6行）指的是IP首部中标识字段的值。
分片信息中的下一个数字，即第3行中位于冒号和@号之间的1480，是除IP首部外的片长。两份数据报第一片的长度均为1480：UDP首部占8字节，用户数据占1 4 7 2字节（加上IP首部的2 0字节分组长度正好为1 5 0 0字节）。第1份数据报的第2片（第4行）只包含1字节数据—剩下的用户数据。第2份数据报的第2片（第6行）包含剩下的2字节用户数据。
在分片时，除最后一片外，其他每一片中的数据部分（除IP首部外的其余部分）必须是8字节的整数倍。在本例中， 1480是8的整数倍。
位于@符号后的数字是从数据报开始处计算的片偏移值。两份数据报第1片的偏移值均为0(第3行和第5行)，第2片的偏移值为1480（第4行和第6行）。跟在偏移值后面的加号对应于IP首部中3 bit标志字段中的“更多片”比特。设置这一比特的目的是让接收端知道在什么时候完成所有的分片组装。
最后，注意第4行和第6行（不是第1片）省略了协议名（ UDP）、源端口号和目的端口号。协议名是可以打印出来的，因为它在IP首部并被复制到各个片中。但是，端口号在UDP首部，只能在第1片中被发现。
发送的第3份数据报（用户数据为1473字节）分片情况如图11 - 8所示。需要重申的是，任何运输层首部只出现在第1片数据中。
另外需要解释几个术语： IP数据报是指IP层端到端的传输单元（在分片之前和重新组装之后），分组是指在IP层和链路层之间传送的数据单元。一个分组可以是一个完整的IP数据报，也可以是IP数据报的一个分片。