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)，
如果沒有這些缺點， MTU 當然越大越好啦!
 

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，
IEEE 802.3/802.2 的 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 (Etherner) 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。
 

netstat -i

 
可顯示系統網路介面資訊 (含 MTU)

 

IP 分段
(IP Fragmentation)

 
網路層的 IPv4 與 IPv6，
其封包大小上限，分別為 65535 與 65575 位元組 (octet)，
並提供較大的封包選項 — — 巨型封包 (jumbograms)。
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。

 
分段 (fragmentation)，可能由傳輸路徑中的任何一台路由器來做 (含來源主機)，
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 只有來源端可以做分段)
 
將 IP 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，與重新計算各個分段的 檢驗和。
(IP 檢驗和，不含 虛擬表頭)
 
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 技術，有效的避免 IP Fragmentation:

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:

MSS = MTU - 20 octet (TCP 固定表頭) - 20 octet (IP 固定表頭)

 
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，
確保傳輸的 IP 封包，會小於 IPv4 的最小可重組緩衝區大小 (576 octet)，避免 IP Fragmentation。