IP分片
当IP模块发送IP数据报时，IP模块会获取外出接口的MTU或特定socket的PMTU，如果要发送的IP数据报的总长度超过MTU或PMTU，则IP模块可能会执行分片操作或返回EMSGSIZE错误（可以通过socket option来改变行为，下文有说明）
无论发送主机还是中间的路由器都可能会执行分片操作，但只有分片到达最终的目的主机才会执行重组操作
回忆IP数据报格式：
其中16-bit identification、3-bit flags、13-bit fragment offset与IP分片有关
16-bit identification：用于标识同一个IP数据报的不同分片，目的主机根据此id来判断一个IP数据报有哪些分片
3-bit flags：最低位是MF（more fragments flag），中间位是DF（dont fragment flag），最高位保留
13-bit fragment offset：分片包含的数据的偏移，单位8字节
分片被认为是不好的，是因为一个分片丢失，整个IP数据报都要重传
观察分片
在一个终端执行ping
代码： 全选
$ ping -c 1 -s 1472 192.168.0.3
$ ping -c 1 -s 1473 192.168.0.3
在另一个终端运行tcpdump
代码： 全选
$ sudo tcpdump -i enp0s3 -n -v icmp
tcpdump: listening on enp0s3, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
1. 23:28:43.900886 IP (tos 0x0, ttl 64, id 9008, offset 0, flags [DF], proto ICMP (1), length 1500)
192.168.0.6 > 192.168.0.3: ICMP echo request, id 12521, seq 1, length 1480
2. 23:28:43.901048 IP (tos 0x0, ttl 64, id 0, offset 0, flags [DF], proto ICMP (1), length 1500)
192.168.0.3 > 192.168.0.6: ICMP echo reply, id 12521, seq 1, length 1480
3. 23:28:50.439809 IP (tos 0x0, ttl 64, id 10526, offset 0, flags [+], proto ICMP (1), length 1500)
192.168.0.6 > 192.168.0.3: ICMP echo request, id 12522, seq 1, length 1480
4. 23:28:50.439829 IP (tos 0x0, ttl 64, id 10526, offset 1480, flags [none], proto ICMP (1), length 21)
192.168.0.6 > 192.168.0.3: ip-proto-1
5. 23:28:50.440038 IP (tos 0x0, ttl 64, id 58106, offset 0, flags [+], proto ICMP (1), length 1500)
192.168.0.3 > 192.168.0.6: ICMP echo reply, id 12522, seq 1, length 1480
6. 23:28:50.440038 IP (tos 0x0, ttl 64, id 58106, offset 1480, flags [none], proto ICMP (1), length 21)
192.168.0.3 > 192.168.0.6: ip-proto-1
tcpdump的输出（我标了序号）
第1个IP数据报（echo request）设置了DF标志，IP数据报的总长度为1500字节（包含20字节的IP头，8字节的icmp头，1472字节的数据）
第2个IP数据报（echo reply）设置了DF标志，IP数据报的总长度为1500字节（包含20字节的IP头，8字节的icmp头，1472字节的数据）
第3个IP数据报（echo request）设置了MF表示（+），这个分片的长度为1500字节（包含20字节的IP头，8字节的icmp头，1472字节的数据）
第4个IP数据报（echo request）没有设置flags（最后一个分片），这个分片的长度为21字节（包含20字节的IP头，1字节的数据）
第5个IP数据报（echo reply）设置了MF表示（+），这个分片的长度为1500字节（包含20字节的IP头，8字节的icmp头，1472字节的数据）
第6个IP数据报（echo reply）没有设置flags（最后一个分片），这个分片的长度为21字节（包含20字节的IP头，1字节的数据）
另外：
4、6这两个分片，只打印了IP头里的协议字段为1（表示icmp），因为这个分片里不包含icmp消息的头
3、4这两个分片的id为10526
5、6这两个分片的id为58106
以太网的MTU为1500字节，所以最大的IP数据报总长度为1500字节（20+8+1472）时不需要分片，当发送1501字节的IP数据报时会执行分片
PMTU发现
ICMP unreachable - need to frag 错误消息格式：
MTU of next-hop network：指示通往下一跳网络那个接口的MTU值
实验网络结构：
我们从host1主机上发送一个udp数据报到host2主机
首先在host1主机上配置一条host-route，网关是192.168.0.1
代码： 全选
$ sudo route add -host 192.168.0.3 gw 192.168.0.1 dev enp0s3
其次修改host1主机接口的MTU为2000（这样可以发送超过1500字节的IP数据报）
代码： 全选
$ sudo ifconfig enp0s3 mtu 2000
$ ifconfig enp0s3
enp0s3: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 2000
inet 192.168.0.6 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.0.255
inet6 fe80::1a8b:c9c0:743f:9226 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 08:00:27:c2:f3:77 txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 891271 bytes 272337548 (272.3 MB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 417697 bytes 108466468 (108.4 MB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
在一个终端执行pmtu（代码：
https://gitee.com/q723937936/tcpip/blob/master/pmtu.cpp）
代码： 全选
$ ./pmtu 192.168.0.3 8888 1473
在另一个终端执行tcpdump
代码： 全选
$ sudo tcpdump -i enp0s3 -n -v udp or icmp
tcpdump: listening on enp0s3, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
1. 00:06:15.560808 IP (tos 0x0, ttl 64, id 0, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 1501)
192.168.0.6.34991 > 192.168.0.3.8888: UDP, length 1473
2. 00:06:15.565712 IP (tos 0xc0, ttl 64, id 18149, offset 0, flags [none], proto ICMP (1), length 576)
192.168.0.1 > 192.168.0.6: ICMP 192.168.0.3 unreachable - need to frag (mtu 1500), length 556
IP (tos 0x0, ttl 64, id 0, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 1501)
192.168.0.6.34991 > 192.168.0.3.8888: UDP, length 1473
观察tcpdump输出（我标了序号）：
第1个IP数据报设置了DF标志（表示不允许中间路由器执行分片操作），该IP数据报的总长度为1501字节
第2个IP数据报显示路由器给主机host1发送了一个ICMP错误消息：unreachable - need to frag (mtu 1500)，该错误消息报告了下一跳网络的接口MTU为1500
最后一行是触发该ICMP错误的那个IP数据报（存放在ICMP错误消息的数据部分，共28个字节）
pmtu程序使用setsockopt设置了IP_MTU_DISCOVER选项，值为IP_PMTUDISC_PROBE
IP_MTU_DISCOVER选项有4个可能值，分别为：
IP_PMTUDISC_WANT - 发送主机IP模块执行pmtu发现，并根据ptmu的值和上层发送的数据长度来决定是否进行分片，如未进行分片，则IP数据报的DF置位，如执行了分片，则所有分片都不设置DF。这是linux上默认行为
IP_PMTUDISC_DONT - 发送主机IP模块不执行pmtu发现，使用本机的接口MTU和上层应用发送数据的长度来决定是否进行分片，无论是否执行了分片，外出的IP数据报的DF都不设置，也就是给中间路由器执行分片的机会
IP_PMTUDISC_DO - 发送主机的IP模块会执行pmtu发现，如果上层发送的数据报大于该pmtu则返回EMSGSIZE错误，否则外出的IP数据报DF置位
IP_PMTUDISC_PROBE - 发送主机的IP模块会执行pmtu发现，但是发送IP数据报时忽略该pmtu，如果上层发送的数据报大于本机的接口MTU则返回EMSGSIZE错误，否则外出的IP数据报DF置位
对于已连接的UDP socket，如果发送主机执行pmtu发现，可以使用IP_MTU socket option来获取ptmu的值
IP_PMTUDISC_PROBE这个选项值是给应用层发送超过pmtu大小（且DF置位）的IP数据报的能力，pmtu程序使用这个值
