DIY TCP/IP IP模块和ICMP模块的实现4
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8.6 IP分片
在介绍DIY TCP/IP接收IP分片的代码实现之前，本节先通过wireshark抓包来分析，如何判断一个IP数据帧是一个IP分片，如何判断分片的开始和结束，收到IP分片后如何重组分片。通过wireshark抓取指定长度(超过MTU 1500字节)的PING数据帧过程，便于描述，将该过程称为Large Packet PING。本人所在的局域网内，有一台windows主机B (192.168.0.105)，之前章节的测试方法已经反复用到该主机，在主机B上指定PING的参数l，使ICMP Echo (Ping) Request携带的数据超过1500字节，主机B PING局域网内另外一台手机设备C (192.168.0.111)，wireshark抓取完整的Large Packet Ping的过程。
主机B 上Large Packet PING的Log
window命令行ping的参数l，用于指定Echo Ping Request数据部分的长度，在ubuntu 主机上该参数是s。朋友们自己实现时根据使用的操作系统命令行，通过ping –help查看相应设置Echo Ping Request数据部分长度的参数。主机B PING主机C(192.168.0.111)时，设置ping –l 5000，从运行结果也可以看出，主机B发出了4个Echo Ping Request数据帧，每个Echo Ping Reueqst携带的数据长度为5000字节，且均得到了主机C的回复，再来看wireshark在主机B上抓取Large Packet Ping的交互过程。
上图可以看出主机B发出的每个ICMP Echo Ping Requst和主机C回复的ICMP Echo Ping Reply都被分成了4个IP分片，每一组Large Packet Ping均有8个数据帧的交互。以第一组Large Packet PING为例，主机B发出的ICMP Echo Ping Requset被分成了4个以太网数据帧，前三个长度为1514(包括以太网头部长度14字节)，这三个以太网数据帧被wireshark解析为IP分片。最后一个以太网数据帧长度为602，被wireshark解析为ICMP Echo(Ping) Rquest。不能只看wireshark解析的结果，wireshark已经做了IP分片的重组，将最后一个602字节的以太网数据帧解析为ICMP Echo Ping Request，数据长度为5000，ICMP的sequence number是0xb。
以太网的最大协议传输单元为1500字节，不包括以太网头部长度，1514减去14个字节的以太网头部，长度为1500，再减去20个字节的IP头部，剩下的数据部分是Echo Ping Request的数据1480字节，3*1480为4440。长度为602的以太网数据帧，同样减去14个字节的以太网头部，20个字节的IP头部，长度为568，4440 + 568 = 5008，第一个IP分片携带了8个字节的ICMP头部数据，再减去8个字节，刚好是主机B上指定的Echo Ping Request携带的数据的长度5000字节。读者可以按照该计算方法同样计算出ICMP Echo Ping Reply携带的数据长度为5000字节。将上图中红色矩形标记的3个1514字节的以太网数据帧，和一个长度为602字节的以太网数据帧展开。
第一个以太网数据帧展开后，IP头部中的total_len为1500字节，包括20个字节的IP头部，表明该IP数据帧携带的数据长度为1480字节。从flags字段可以看出，该IP数据帧的Don’t fragment Bit没有被设置，More fragement Bit被设置为1，表明该IP数据帧是一个IP分片，且不是最后一个IP分片，fragment offset为0，表面该分片携带的数据在整个数据部分的偏移量为0，是第一个分片数据。IP头部的identification为0x1572，属于同一个IP数据帧的所有IP分片的identification值相等。IP头部中的上层协议字段为0x01，表明该IP分片携带的数据是ICMP数据帧的部分数据，查看数据部分的前8个字节，可以看出IP 头部后面8个字节是ICMP头部，0x08 0x00 0x41 0x44 0x00 0x01 0x00 0x0b，0x08是ICMP头部的type，代表Echo Ping Request，0x00是ICMP code，0x41 0x44是大端格式的ICMP头部校验和，参与该ICMP 头部的校验和字段的计算的数据，包括8个字节的ICMP头部，和5000字节的Echo Ping Request的数据，0x00 0x01是大端格式的ICMP Identification，0x00 0x0b是大端格式的ICMP Sequence Number。
将第二个，第三个以太网数据帧展开
同样IP首部中的total length字段为1500，该IP数据帧也是携带1480字节的数据，identificaiton是0x1572，与第一个IP分片的identificaiton相等，Don’t fragment 为0，more fragment为1，表明该IP数据帧同样也是一个IP分片，且不是最后一个分片，identificaton表明，该IP分片与第一个IP分片同属于一个IP数据帧。分片的数据偏移为185，8.1节已经介绍过，分片数据偏移是以8位单位的，185 * 8得到分片数据的偏移量为1480，刚好是第一个IP分片的数据部分的长度。IP首部中的上层协议字段为0x01，1480字节的数据只包含ICMP Echo Ping Rquest的部分数据，不包含ICMP头部。
第三个以太网数据帧展开后，查看IP头部，可以看到identification与第1，2个以太网数据帧相等，don’t fragment为0，more fragment为1，该IP数据帧也是一个IP分片，与第1，2个IP分片属于同一个IP数据帧，携带的数据为1480，分片的数据偏移量是2960，是前两个分片数据长度之和和，上层协议类型为0x01，同样不包含ICMP头部数据。
第四个以太网数据帧展开后，查看IP头部，identificaiton与前三个IP分片相等，不同的是，more fragment bit为0，fragment offset 为555 * 8 = 4440，表明该IP数据帧是identification为0x1572的IP数据帧的最后一个IP分片，分片的数据偏移量是前三个分片的数据长度之和1480 * 3，上层协议类型是0x01。在IP头部后面看到的ICMP的头部是wireshark将IP分片重组后的显示结果，实际上该头部数据是在第一个IP分片携带的数据中。
IP分片的重组规则总结如下：
IP首部的identification相等的前提下，如果IP首部中more fragment为1且fragment offset为0，则说明该IP数据帧是第一个IP分片；如果more fragment为0且fragment offset不为0，则说明是最后一个IP分片；如果more fragment 为1且fragment offset不为0，则说明是中间的IP分片。DIY TCP/IP的IP模块收到IP分片后需根据IP头部中的分片偏移量，将分片数据重组在对应的位置。
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