分片[IP數據包分片]

網際網路協定允許IP分片，這樣的話，當數據包比鏈路最大傳輸單元大時，就可以被分解為很多的足夠小片段，以便能夠在其上進行傳輸。RFC 1191描述了“路徑MTU發現”，該技術用於確定兩台IP主機間的路徑MTU，這樣就可以避免IP分片。在Internet協定IPv4版本和較新的IPv6版本中，分片機制的細節和分片機制的整體框架是有所不同的。

產生原因

鏈路層具有最大傳輸單元MTU這個特性，它限制了數據幀的最大長度，不同的網路類型都有一個上限值。乙太網的MTU是1500，你可以用 netstat -i 命令查看這個值。如果IP層有數據包要傳，而且數據包的長度超過了MTU，那么IP層就要對數據包進行分片（fragmentation）操作，使每一片的長度都小於或等於MTU。我們假設要傳輸一個UDP數據包，乙太網的MTU為1500位元組，一般IP首部為20位元組，UDP首部為8位元組，數據的淨荷（payload）部分預留是1500-20-8=1472位元組。如果數據部分大於1472位元組，就會出現分片現象。

詳細介紹

分片（sharding）是資料庫分區的一種，它將大型資料庫分成更小、更快、更容易管理的部分，這些部分叫做數據碎片。碎片這個詞意思就是整體的一小部分。

Jason Tee表示：“簡言之，分片（sharding）資料庫需要將資料庫（database）分成多個沒有共同點的小型資料庫，且它們可以跨多台伺服器傳播。”

技術上來說，分片（sharding）是水平分區的同義詞。在實際操作中，這個術語常用來表示讓一個大型資料庫更易於管理的所有資料庫分區。

分片（sharding）的核心理念基於一個想法：資料庫大小以及資料庫上每單元時間內的交易數呈線型增長，查詢資料庫的回響時間（response time）以指數方式增長。

另外，在一個地方創建和維護一個大型資料庫的成本會成指數增長，因為資料庫將需要高端的計算機。相反地，數據碎片可以分布到大量便宜得多的商用伺服器上。就硬體和軟體要求而言，數據碎片相對來說沒什麼限制。

在某些情況中，資料庫分片（sharding）可以很簡單地完成。按地理位置拆分用戶資料庫就是一個常見的例子。位於東海岸的用戶被分到一台伺服器上，在西海岸的用戶被分在另一台伺服器上。假設沒有用戶有多個地理位置，這種分區很易於維護和創建規則。

但是數據分片（sharding）在某些情況下會是更為複雜的過程。例如，一個資料庫持有很少結構化數據，分片它就可能非常複雜，並且結果碎片可能會很難維護。

分片過程

對於傳送端傳送的每份IP數據報來說，其標識欄位都包含一個值。該值在數據報分片時被複製到每個片中。標誌欄位用其中一個比特來表示“更多的片”。除了最後一片外，其他每個組成數據報的片都要把該比特置1。片偏移欄位指的是該片偏移原始數據報開始處的位置。另外，當數據報被分片後，每個片的總長度值要改為該片的長度值。
最後，標誌欄位中有一個比特稱作“不分片”位。如果將這一比特置1，IP將不對數據報進行分片。相反把數據報丟棄並傳送一個ICMP差錯報文給起始端。
當IP數據報被分片後，每一片都成為一個分組，具有自己的IP首部，並在選擇路由時與其他分組獨立。這樣，當數據報的這些片到達目的端時有可能會失序，但是在IP首部中有足夠的信息讓接收端能正確組裝這些數據報片。

技術信息

IP首部包含了分片和重組所需的信息：
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Identification |R|DF|MF| Fragment Offset |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|<-------------16-------------->|<--3-->|<---------13---------->|
Identification：傳送端傳送的IP數據包標識欄位都是一個單一值，該值在分片時被複製到每個片中。
R：保留未用。
DF：Don't Fragment，“不分片”位，如果將這一比特置1，IP層將不對數據報進行分片。
MF：More Fragment，“更多的片”，除了最後一片外，其他每個組成數據報的片都要把該比特置1。

Fragment Offset：該片偏移原始數據包開始處的位置。偏移的位元組數是該值乘以8。
另外，當數據報被分片後，每個片的總長度值要改為該片的長度值。