MTU 与分片
复习
- 路由表与最长前缀匹配：多条匹配时选更具体的一条
- IPv4 数据包：首部含长度与 TTL 等字段
- 子网与 CIDR：网络用前缀划分范围
TL;DR
- 每条链路能承载的帧有大小上限，这个上限叫 MTU
- 数据包比 MTU 大时，需要拆成若干分片
- 分片会增加开销，而且丢一片就要重传整包
- 更理想的做法是探测路径 MTU，尽量避免分片
正文
数据包要坐“帧”这趟车穿过各条链路。可不同的链路，能装下的帧大小并不一样。如果包太大，塞不进这一跳的帧，怎么办？
每条路都有个“限高”
每条链路能承载的最大数据量，叫作 MTU（最大传输单元，Maximum Transmission Unit）。
这就像过隧道前的限高牌：车太高，就过不去。不同链路（以太网、无线、各种广域网）限高各不相同，一个包在网络里传，可能要经过限高更低的某一段。
拆开来过
包比 MTU 大时，解决办法是分片（fragmentation）：把原始数据拆成几块，每块加上自己的首部，分别装进独立的帧发出去。到了目的地，再由接收方把这些分片重组成原来的包。
注意，重组通常只在最终目的地进行，中途的路由器不会去拼装——这样每台路由器都能轻装上阵。
但分片是有代价的：
- 每个分片都要额外带一份首部，开销变大
- 只要任何一个分片丢失，整个包都无法重组，必须全部重传
所以分片不是免费的午餐，它是“过大不得不拆”时的补救。
能不分，就不分
既然分片这么麻烦，现代网络更倾向于避免分片。
一种办法是路径 MTU 发现：发送方先试探这条路上最小的 MTU 是多少，然后主动把包限制在这个大小以内，从源头上就不需要拆。
这背后的思路很值得记住：与其让问题在半路临时爆发，不如提前摸清限制、主动适应。 这也是很多协议设计的共同智慧。
当然，包在路上还可能遇到别的麻烦：到不了、绕太久。网络用什么方式把这些情况告诉发送方？下一章揭晓。
思考题 1
为什么分片之后，只要丢失一个分片，整个包都要重传？
思考题 2
为什么更希望“避免分片”，而不是“经常分片”？
小结
知识点
- MTU 是一条链路能承载的最大传输单元
- 包过大时分片，在目的地重组
- 分片增加开销，且丢一片就要重传整包
- 路径 MTU 发现可避免分片
参考资料
- Wikipedia(zh)：最大传输单元：链路可承载的最大数据量
- Wikipedia(zh)：IP分片：把过大的数据包拆成若干片段
思考题答案（仅供参考）
思考题 1
因为接收方只有收齐全部分片，才能拼回原来的完整数据包。少了任何一片，拼装就无法完成，只能等待重传。所以一个分片丢失，代价等同于整包丢失。
思考题 2
因为分片会带来额外首部开销，并显著放大丢包的代价（丢一片等于丢整包）。避免分片能让每个包以合适的大小上路，减少开销与重传风险，整体效率更高。
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设计师 | 南国微雪