封裝 與 拆裝 一文，
提及了 區段 (Segment)、資料包 (Datagram)、訊框 (Frame)、封包 (Packet) 的概念。
應用層的資料，經由逐層的 封裝 (Encapsulation)，
最後成為 資料鏈結層 (Data-Link Layer) 的 訊框 (Frame) 並傳送。

 

• 傳輸需耗損大量的 緩衝區 (buffer) 大小
• 傳輸媒介可能被某一傳送端獨佔，造成堵塞
• …

 
因此，資料鏈結層 (Data-Link) 規範了 訊框 (Frame) 的大小上限，
也就是 — — 最大傳輸單元 (Maximum Transmission Unit, MTU)，
MTU 不是越大越好：較大 frame 可降低表頭比例，但也會增加序列化延遲、遺失時的重傳成本與小 MTU 路徑的不相容風險；實務上必須配合鏈路與 Path MTU。
 

最大傳輸單元 (MTU)

不同的 資料鏈結層，有不同的 MTU。
如:
乙太網路 (Ethernet) 的 1500 個位元組，
使用 PPPoE 的乙太網路介面常因封裝額外開銷而設為 1492 個位元組，
光纖分散式數據介面 (FDDI) 的 4352 個位元組…。
 
以乙太網路 (Ethernet) 為例:

 
一個 乙太網路 訊框 (Frame)，最大的長度為 1518 位元組 (octet)，
去掉表頭 與 尾端資訊後，酬載的最大資料長度則為 1500 octet，
且資料最小長度需為 46 octet，不足的話就用 填充位元 (padding) 填滿至 46 為止。
 

 
使用指令:

netstat -i

 
可顯示系統網路介面資訊 (含 MTU)

 

IP 分段
(IP Fragmentation)

 
IPv4 的 Total Length 上限為 65535 位元組；一般 IPv6 封包的 Payload Length 上限為 65535 位元組，連同固定 40 位元組表頭可達 65575 位元組。只有 IPv6 定義了可超過此範圍的 jumbogram，且它不是一般網際網路傳輸的常態。
 
遠遠超出了許多資料鏈結層的 訊框大小!
 
IP 分段 (IP Fragmentation) 即是其中一種解法:

 

IP 會將封包切割成多個較小的 (小於 MTU) 片段 (fragment)，使其能透過資料鏈結層傳輸 ，
目的端接收完所有片段後，再將片段 (fragment) 進行重組。

 
IPv4 的分段 (fragmentation) 可能由來源主機或中途路由器進行；
且被分段的封包 — — 片段 (fragment) 可能經由不同路由方式，
只要最終達到相同的目的地即可。
IPv6 路由器不會分段：來源端若需要分段，必須先得知路徑 MTU，並使用 Fragment extension header。
 
將 IPv4 資料包 (IP Datagram) 分段的主機或路由器，
會複製必要欄位到各個片段中，
並更改 旗標、片段偏移量、(封包)總長度，與重新計算各片段的 IPv4 header checksum。
（此處是 IPv4 header checksum，和 TCP checksum 是不同欄位；TCP checksum 會由端點對重組後的 TCP 區段驗證。）
 
最後，目的端接收完所有片段後，再將片段 (fragment) 進行重組：

Path MTU Discovery

如果 IP Fragmentation 任一片段遺失、毀損呢?

 
答案是: 目的端將無法重組這個封包。
 
更重要的是:

網路層的 IP 並不會處理重送

 
這對有重送機制的傳輸層 (Ex: TCP)，降低了傳輸效率 (無法只重送一個 片段)；
對沒有重送機制的傳輸層 (Ex: UDP)，增加了資料的遺失率。
 
Path MTU Discovery 讓端點找出路徑 MTU，據此選擇較小的封包，盡量避免 IPv4 分段，並滿足 IPv6 不由路由器分段的要求：

找出 來源 與 目的端路徑中，
所有資料鏈結層裡的 最小 MTU。
(通常，為乙太網路的 1500 octet)

 
許多可靠的傳輸層 (如: TCP)，會以此值做為參考，
調整 最大區段長度 (Maximum Segment Size, MSS)。
 
最簡單的算法:

IPv4（無選項）: MSS = MTU - 20 octet (IPv4 表頭) - 20 octet (TCP 表頭)
IPv6（無延伸表頭）: MSS = MTU - 40 octet (IPv6 表頭) - 20 octet (TCP 表頭)

 
或 其他動態調整演算法，
常見的 MSS 有 1460、1400、1380…。
 
而沒有此機制的傳輸層 (如: UDP)，則是選擇適當的 資料包 (Datagram) 大小，
使資料報能落在已知的 Path MTU 內；576 octet 是 IPv4 的最低重組能力，不是現代 UDP 的通用安全大小。IPv6 的最低鏈路 MTU 為 1280 octet，應由協定與實際路徑需求決定資料報大小。