关于tcp分段和ip分片

Maximum Segement Size (MSS) 最大分段长度

tcp会将应用层交付下来的数据分为tcp认为最适合发送的数据块（这里的最适合指的是用户可以自己配置mss长度），单位为字节，发送端的传输层进行数据分块，这些数据块的大小就是mss，在接受端端传输层对分块的tcp报文段的数据部分进行重组。注意，mss不包含tcp首部的20字节，只是数据块长度。

如果tcp接收到的数据包超过mss就会进行分段。

Maximum Transmission Unit (MTU) 最大传输单元

数据链路层所能传输的最大数据包大小，单位为字节，大小由具体的网络来定。一般情况下，以太网的 MTU=1500字节。

ip所在的网络层是离数据链路层较近的，所以如果ip接收到的传输层的数据包超过MTU就会进行分片，分片的行为传输层是不知道的。

如果传输层使用tcp会引起分片吗？使用udp会引起分片吗？

tcp可以避免ip分片，因为tcp会主动分成刚好放进MTU的MSS大小的段交付给网络层。最大的MSS相当于MTU刨去IP首部和TCP首部之后的长度，所以一个MSS刚好可以放进MTU中。

而udp是没有主动分段的行为的，udp会直接将应用层的数据包交付给网络层，因此很可能会被ip进行分片。

分片和重组都会影响数据包传输的效率，所以能够尽量避免肯定是最好的。

那么发送端和接受端是如何确定对方的MSS？

首先客户端会发送一个SYN请求报文，这个SYN报文的"选项"字段中会有MSS值（MSS是计算过了的，MSS=MUT-IP首部长度-TCP首部长度），告知对方自己最大能发送的数据大小。
当服务端收到带MSS的SYN报文后，就可以确定当前对话所使用的MSS值了，也就是从自己的MSS和客户端的MSS中选一个最小的。然后服务端会向客户端发送SYN+ACK的同步确认报文，报文中的"选项"字段也会有MSS值，告知客户端自己能够发送的最大数据包长度。
客户端收到服务端带有服务端MSS的同步确认报文后，就可以确定和服务端对话使用的MSS了，也就是从自己的MSS和服务端MSS选取一个最小的。然后客户端向服务端发送ACK报文。
服务端接收到客户端的ACK报文，完成三次握手。

因此，在tcp三次握手过程中的第二次握手可以确定MSS。

tcp真的可以彻底避免分片吗？

不能。

因为在根本上，MTU是受到了数据链路层的限制，报文传输的路径上经常会有MTU值小于该TCP连接协商得到的MTU值的链路，在转发至该段链路之前转发设备仍需分片，所以说TCP分段并不能完全避免IP分片。

那么如何彻底避免分片？

参考：TCP分段与IP分片的区别与联系 - 云+社区 - 腾讯云

答案其实不难想到：如果能在TCP连接双方正式通信之前，就能通过某种方式预先知道端到端路径的MTU，即路径中包含的各条链路的MTU最小值(称为路径MTU，Path MTU)，这一预先获知路径MTU的过程，称为路径MTU发现(Path MTU Discovery)，这样此后每次通信都会基于此MTU推导得到的MSS值在发送方TCP层处执行分段。

路径MTU发现如何实现呢？

大家都记得IP首部中有三个标志位，第一位预留，第二位DF(Don't Fragment)，第三位MF(More Fragments)。其中DF如果为1，意思是这个IP数据报在传输的过程中不能分片，如果此IP数据报大于网络接口的MTU，请直接丢弃，并发送消息告诉源主机已丢包。

什么消息呢？ICMP的消息，告诉包因为太大了，因为不能分片所以丢弃了，并告诉源主机请重新发送不超过MTU的数据报，那发什么样的ICMP消息呢？再回顾一下ICMP首部结构，有一个Type字段，还有Code字段，发送Type=3, Code=4, MTU=该接口的MTU值X的消息既可以了。当这个ICMP消息到达IP数据报的源主机，源主机知道原来是IP数据报太大了，那最大可以发送多大的包呢？ICMP消息里有，那就是MTU=丢弃该包的网络接口的MTU值X，于是源主机再次发送不超过MTU=X的数据报就可以避免在传输路径上的IP分片。

有人会说，如果这个大小不超过X的IP数据报在传输过程中又遇到更小的MTU怎么办？重复以上步骤即可~

路径MTU发现看似完美避免了IP分片的问题，但同时又带来了新的问题：如果ICMP消息最终没能到达源主机怎么办？很显然该IP数据报就被静静丢弃了，TCP连接超时而被断开。ICMP为什么回不来？一般是被防火墙或路由器的访问控制列表(Access Control List, ACL)给无情拒绝了。如果你可以管理并配置这些设备，只要允许ICMP Type=3, Code=4 的消息可以通过即可，否则只有老老实实关闭路径MTU发现功能了，因为至少分片还能通信，而避免分片则彻底无法通信了…

总结：

分段和分片行为发生在不同的协议层，分段是在传输层，由tcp规定，分片是在网络层，是被数据链路层限制，由ip协议规定。
传输层的协议不同会发生不同的划分行为，比如tcp分段不分片，udp和icmp等由于不分段会引起分片。
分段仅仅会发生在发送端，但是分片不仅可能发生在发送端，也有可能发生在路径上任何工作在三层或以上的设备中，但分段和分片引起的数据包重组只会发生在接收端。

参考资料：

TCP分段与IP分片的区别与联系 - 云+社区 - 腾讯云

详解IP分片与TCP分段的区别_造夢先森的博客-CSDN博客_ip分片分段