1 IP協議簡單介紹
就個人而言，網絡中，拋開網絡安全加密這些，就只單單討論協議本身，比較難的有三個地方：
- IP分片與重組
- TCP滑動窗口與TCP狀態的改變
- TCP定時器
其實協議本身根據《TCP/IP詳解卷1》理解起來並不難，但是實現起來就很難：數據的操作，標志位的設置，網絡狀態的變換，中斷多線程通訊等等；
在下圖的七層網絡協議參考模型中，IP層屬於網絡層，網絡層最主要的作用就是：將指定IP的數據報傳輸到對應的主機。
下圖是以太幀封裝格式(RFC 894)，RFC 894封裝格式也是我們最常用的。
下面做個簡單介紹：
- 目的地址：6字節，即我們常說的以太網物理地址，這里是目標主機的物理地址，物理地址為唯一的。大家可能疑惑，發送網絡數據時只寫了IP地址，並沒有寫目的地址啊。這個是底層協議實現的，根據ARP協議，首先將目的地址設為全1，然后根據IP地址來獲取目的地址。
- 源地址：6字節，發數據時自己的物理地址。
- 類型：2字節，協議類型，比如0x0800代表IP協議,0x0806代表ARP協議等等
- 數據：802.3標准規定，一個以太幀最少64字節，最大1518字節，那么去掉6字節目的地址、6字節源地址、2字節類型、4字節CRC，對應區間即為48~1500字節，如果不足48字節可以填充。
- CRC:顧名思義，校驗部分，所以網絡數據是很准確的，而且絕大多數都支持硬件CRC校驗，速度非常快，幾乎不會在這上面消耗時間。
下面再看看數據部分：IP數據報
圖中從左到右為0~31位，共四個字節，從上到下依次增長，IP頭部占20字節，剩下的為數據，如果傳輸層為TCP則還有20字節的TCP頭部，如果是UDP則還有8字節(如果分片的話，中間的包沒有UDP頭部，即0字節)的UDP頭部。剩下的才是真正的用戶要傳送的數據。可以看出傳送同樣多的數據，UDP協議要比TCP傳送的數據多，但從這一點來說UDP速度也要比TCP快。
下面對一些字段做個簡單介紹：
- 4位版本：比如IPv4、IPv6
- 4位手部長度：指的是首部占32 bit字的數目，包括任何選項。由於它是一個4比特字段，因此首部最長為60個字節
- 16位總長度：一共16位，理論最大長度為65535字節，但是受硬件限制，和其它方面的考慮，大部分路由器或主機支持8192字節。
- 3位標志：標識是否IP分片.第一位無用，第二位0：允許分片，1：不允許。第三位0：最后一片，1：后面還有分片
- 13位片偏移：此分片在原始數據的偏移，用於分片重組，因為13位，所以支持的最大字節為8192
- 8位生存時間TTL：規定網絡數據包在網際層傳輸時，最多可以經過路由器的個數，它的大小一般為256/64，每經過一個路由值就會減1，當它為0時，數據會被丟棄，並回傳一個ICMP包來通知發送者。
2 IP分片
從上面的介紹我們知道，一個以太幀最大為1518字節 （14字節以太首部，20字節IP首部，UDP8/TCP20，因此IP包每次最大為1500==MTU。去掉協議頭UDP有效數據1472字節，TCP為1460字節。還有最后的4字節CRC），但是一個IP數據報則可能會有8192字節，超過以太幀的最大限制，那么這時就需要IP分片，分批進行傳輸。
發送方會在IP層將要發送的數據分成多個數據包分批發送，而接收方則將數據按照順序再從新組織起來，等接收到一個完整的數據報之后，然后再提交給上一層傳輸層。
注意，TCP協議為可靠的傳輸協議，它避免了IP分片的發生，它會在TCP層對數據進行處理，對數據進行分段(不在詳述)，IP分片用的多的在UDP協議
我們知道，協議本身並沒有對數據在各個層中間怎么傳遞做出要求，比如嵌入式實現和BSD實現就不太一樣，因為嵌入式內存比較少，數據在層與層之間傳遞時會盡量避免數據拷貝，而只是指針的操作。下面我們以嵌入式中用的比較多的LwIP舉例
LwIP允許的最大IP由如下決定：IP_REASS_MAX_PBUFS決定IP分片允許最大pbuf數量，IP_REASS_MAXAGE分片的生存時間，超過則錯誤並將之前接收的IP分片丟棄。
如果數據大於IP_REASS_MAX_PBUFS則有兩種選擇，一,直接刪除數據返回；二，是刪除生存時間最長的IP分片PBUF，這個通過IP_REASS_FREE_OLDEST來使能。
當為UDP協議時，如果緩沖區描述符大小小於完整的IP數據包，IP分片數據包到來時，很快將描述符耗盡，后來的IP包由於無緩沖區描述符而丟棄，UDP沒有重傳機制，很可能永遠不會接收到完整的IP分片包。從而大於IP_REASS_MAXAGE出現錯誤，因此緩沖區描述符也應增大以適應IP分片重裝。
TCP發送數據時，將大於MSS的數據分段（segment不叫分片）,MSS一般為1460.所以，TCP數據包不會在IP層分片。
IP頭部有3位標志字段，標志是否為分片包。第一位無用，第二位0：允許分片，1：不允許。第三位0：最后一片，1：后面還有分片。13位offset表示偏移，用於IP重組時數據排序，13位因此支持最大IP數據包為8192字節。
標准的BSD協議實現如下圖所示，采用兩個結構體，IPQ為表頭，將各個IP分片表頭連接起來，並存儲IP信息。Ipasfrag為具體的分片數據。
