Introducció
Tots coneixem el principi de classificació i no classificació de la IP i la seva aplicació en la comunicació de xarxa. La fragmentació i el reassemblatge de la IP són un mecanisme clau en el procés de transmissió de paquets. Quan la mida d'un paquet supera el límit de la unitat màxima de transmissió (MTU) d'un enllaç de xarxa, la fragmentació de la IP divideix el paquet en diversos fragments més petits per a la transmissió. Aquests fragments es transmeten independentment a la xarxa i, en arribar a la destinació, es reassemblen en paquets complets mitjançant el mecanisme de reassemblatge de la IP. Aquest procés de fragmentació i reassemblatge garanteix que es puguin transmetre paquets de gran mida a la xarxa, alhora que es garanteix la integritat i la fiabilitat de les dades. En aquesta secció, analitzarem més a fons com funcionen la fragmentació i el reassemblatge de la IP.
Fragmentació i reassemblatge IP
Diferents enllaços de dades tenen diferents unitats de transmissió màxima (MTU); per exemple, l'enllaç de dades FDDI té una MTU de 4352 bytes i la MTU Ethernet de 1500 bytes. MTU significa Unitat de Transmissió Màxima i fa referència a la mida màxima del paquet que es pot transmetre per la xarxa.
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) és un estàndard de xarxa d'àrea local (LAN) d'alta velocitat que utilitza fibra òptica com a mitjà de transmissió. La unitat de transmissió màxima (MTU) és la mida màxima de paquet que pot ser transmesa per un protocol de capa d'enllaç de dades. A les xarxes FDDI, la mida de la MTU és de 4352 bytes. Això significa que la mida màxima de paquet que pot ser transmesa pel protocol de capa d'enllaç de dades a la xarxa FDDI és de 4352 bytes. Si el paquet que s'ha de transmetre supera aquesta mida, cal fragmentar-lo per dividir-lo en múltiples fragments adequats per a la mida MTU per a la transmissió i el reassemblatge al receptor.
Per a Ethernet, la MTU sol tenir una mida de 1500 bytes. Això significa que Ethernet pot transmetre paquets de fins a 1500 bytes. Si la mida del paquet supera el límit de MTU, el paquet es fragmenta en fragments més petits per a la transmissió i es torna a muntar a la destinació. El remuntatge del datagrama IP fragmentat només el pot dur a terme l'amfitrió de destinació i l'encaminador no realitzarà l'operació de remuntatge.
També hem parlat abans dels segments TCP, però MSS significa Maximum Segment Size (mida màxima del segment) i juga un paper important en el protocol TCP. MSS fa referència a la mida del segment de dades màxim que es pot enviar en una connexió TCP. De manera similar a MTU, MSS s'utilitza per limitar la mida dels paquets, però ho fa a la capa de transport, la capa del protocol TCP. El protocol TCP transmet les dades de la capa d'aplicació dividint les dades en diversos segments de dades, i la mida de cada segment de dades està limitada per l'MSS.
La MTU de cada enllaç de dades és diferent perquè cada tipus d'enllaç de dades s'utilitza per a finalitats diferents. Segons la finalitat d'ús, es poden allotjar diferents MTU.
Suposem que l'emissor vol enviar un datagrama gran de 4000 bytes per a la transmissió a través d'un enllaç Ethernet, de manera que el datagrama s'ha de dividir en tres datagrames més petits per a la transmissió. Això és degut a que la mida de cada datagrama petit no pot superar el límit MTU, que és de 1500 bytes. Després de rebre els tres datagrames petits, el receptor els torna a muntar en el datagrama original de 4000 bytes en funció del número de seqüència i el desplaçament de cada datagrama.
En la transmissió fragmentada, la pèrdua d'un fragment invalidarà tot el datagrama IP. Per evitar-ho, TCP va introduir MSS, on la fragmentació es fa a la capa TCP en lloc de fer-ho per la capa IP. L'avantatge d'aquest enfocament és que TCP té un control més precís sobre la mida de cada segment, cosa que evita els problemes associats a la fragmentació a la capa IP.
Per a UDP, intentem no enviar un paquet de dades més gran que la MTU. Això és degut a que UDP és un protocol de transport orientat a la connexió, que no proporciona mecanismes de fiabilitat i retransmissió com TCP. Si enviem un paquet de dades UDP més gran que la MTU, serà fragmentat per la capa IP per a la transmissió. Un cop es perd un dels fragments, el protocol UDP no pot retransmetre'l, cosa que provoca la pèrdua de dades. Per tant, per garantir una transmissió de dades fiable, hauríem d'intentar controlar la mida dels paquets de dades UDP dins de la MTU i evitar la transmissió fragmentada.
Mylinking™ Broker de paquets de xarxapot identificar automàticament diversos tipus de protocols de túnel VxLAN/NVGRE/IPoverIP/MPLS/GRE, etc., i es poden determinar segons el perfil d'usuari segons les característiques internes o externes de la sortida del flux del túnel.
○ Pot reconèixer paquets d'etiquetes VLAN, QinQ i MPLS
○ Pot identificar la VLAN interna i externa
○ Es poden identificar paquets IPv4/IPv6
○ Pot identificar paquets de túnel VxLAN, NVGRE, GRE, IPoverIP, GENEVE i MPLS
○ Es poden identificar paquets IP fragmentats (admet la identificació de fragmentació IP i el reassemblatge de la fragmentació IP per tal d'implementar el filtratge de funcions L4 en tots els paquets de fragmentació IP. Implementa una política de sortida de trànsit.)
Per què l'IP està fragmentat i el TCP fragmentat?
Com que en la transmissió de xarxa, la capa IP fragmentarà automàticament el paquet de dades, fins i tot si la capa TCP no segmenta les dades, el paquet de dades serà fragmentat automàticament per la capa IP i es transmetrà normalment. Aleshores, per què necessita fragmentació TCP? No és exagerat?
Suposem que hi ha un paquet gran que no està segmentat a la capa TCP i es perd en trànsit; TCP el retransmetrà, però només en el paquet gran sencer (tot i que la capa IP divideix les dades en paquets més petits, cadascun dels quals té una longitud MTU). Això és degut a que a la capa IP no li importa la transmissió fiable de les dades.
En altres paraules, en un enllaç de transport a xarxa d'una màquina, si la capa de transport fragmenta les dades, la capa IP no les fragmenta. Si la fragmentació no es realitza a la capa de transport, la fragmentació és possible a la capa IP.
En termes senzills, TCP segmenta les dades de manera que la capa IP ja no estigui fragmentada i, quan es produeixen retransmissions, només es retransmeten petites porcions de les dades que s'han fragmentat. D'aquesta manera, es pot millorar l'eficiència i la fiabilitat de la transmissió.
Si el TCP està fragmentat, la capa IP no està fragmentada?
A la discussió anterior, hem esmentat que després de la fragmentació de TCP a l'emissor, no hi ha fragmentació a la capa IP. Tanmateix, hi pot haver altres dispositius de la capa de xarxa al llarg de l'enllaç de transport que poden tenir una unitat de transmissió màxima (MTU) més petita que la MTU a l'emissor. Per tant, tot i que el paquet s'ha fragmentat a l'emissor, es fragmenta de nou a mesura que passa per la capa IP d'aquests dispositius. Finalment, tots els fragments s'assemblaran al receptor.
Si podem determinar la MTU mínima sobre tot l'enllaç i enviar dades a aquesta longitud, no es produirà cap fragmentació independentment del node al qual es transmetin les dades. Aquesta MTU mínima sobre tot l'enllaç s'anomena MTU de ruta (PMTU). Quan un paquet IP arriba a un encaminador, si la MTU de l'encaminador és inferior a la longitud del paquet i el senyalador DF (No fragmentar) està establert a 1, l'encaminador no podrà fragmentar el paquet i només el podrà descartar. En aquest cas, l'encaminador genera un missatge d'error ICMP (Internet Control Message Protocol) anomenat "Fragmentació necessària però DF establert". Aquest missatge d'error ICMP s'enviarà de tornada a l'adreça d'origen amb el valor MTU de l'encaminador. Quan l'emissor rep el missatge d'error ICMP, pot ajustar la mida del paquet en funció del valor MTU per evitar de nou la situació de fragmentació prohibida.
La fragmentació IP és una necessitat i s'ha d'evitar a la capa IP, especialment en dispositius intermedis de l'enllaç. Per tant, a IPv6, la fragmentació de paquets IP per dispositius intermedis s'ha prohibit, i la fragmentació només es pot dur a terme a l'inici i al final de l'enllaç.
Coneixements bàsics d'IPv6
L'IPv6 és la versió 6 del protocol d'Internet, que és el successor de l'IPv4. L'IPv6 utilitza una longitud d'adreça de 128 bits, que pot proporcionar més adreces IP que la longitud d'adreça de 32 bits de l'IPv4. Això es deu al fet que l'espai d'adreces IPv4 s'esgota gradualment, mentre que l'espai d'adreces IPv6 és molt gran i pot satisfer les necessitats de la Internet del futur.
Quan parlem d'IPv6, a més de més espai d'adreces, també aporta millor seguretat i escalabilitat, cosa que significa que l'IPv6 pot proporcionar una millor experiència de xarxa en comparació amb l'IPv4.
Tot i que l'IPv6 existeix des de fa molt de temps, el seu desplegament global encara és relativament lent. Això es deu principalment al fet que l'IPv6 ha de ser compatible amb la xarxa IPv4 existent, cosa que requereix transició i migració. Tanmateix, amb l'esgotament de les adreces IPv4 i la creixent demanda d'IPv6, cada cop més proveïdors de serveis d'Internet i organitzacions estan adoptant gradualment l'IPv6 i implementant gradualment el funcionament de doble pila d'IPv6 i IPv4.
Resum
En aquest capítol, hem examinat més a fons com funciona la fragmentació i el reassemblatge d'IP. Els diferents enllaços de dades tenen diferents unitats de transmissió màxima (MTU). Quan la mida d'un paquet supera el límit de MTU, la fragmentació IP divideix el paquet en diversos fragments més petits per a la transmissió i els reassembla en un paquet complet mitjançant el mecanisme de reassemblatge d'IP després d'arribar a la destinació. L'objectiu de la fragmentació TCP és fer que la capa IP deixi de fragmentar-se i retransmetre només les dades petites que s'han fragmentat quan es produeix la retransmissió, per tal de millorar l'eficiència i la fiabilitat de la transmissió. Tanmateix, hi pot haver altres dispositius de capa de xarxa al llarg de l'enllaç de transport la MTU dels quals pot ser més petita que la de l'emissor, de manera que el paquet encara es fragmentarà de nou a la capa IP d'aquests dispositius. Cal evitar tant com sigui possible la fragmentació a la capa IP, especialment en dispositius intermedis de l'enllaç.
Data de publicació: 07-08-2025
