Introducere
Cu toții cunoaștem principiul clasificării și neclasificării IP și aplicarea sa în comunicațiile de rețea. Fragmentarea și reasamblarea IP reprezintă un mecanism cheie în procesul de transmitere a pachetelor. Atunci când dimensiunea unui pachet depășește limita unității maxime de transmisie (MTU) a unei legături de rețea, fragmentarea IP împarte pachetul în mai multe fragmente mai mici pentru transmitere. Aceste fragmente sunt transmise independent în rețea și, la sosirea la destinație, sunt reasamblate în pachete complete prin mecanismul de reasamblare IP. Acest proces de fragmentare și reasamblare asigură transmiterea de pachete de dimensiuni mari în rețea, asigurând în același timp integritatea și fiabilitatea datelor. În această secțiune, vom analiza mai detaliat modul în care funcționează fragmentarea și reasamblarea IP.
Fragmentarea și reasamblarea IP
Diferite legături de date au unități maxime de transmisie (MTU) diferite; de exemplu, legătura de date FDDI are un MTU de 4352 octeți, iar MTU Ethernet de 1500 octeți. MTU înseamnă Maximum Transmission Unit și se referă la dimensiunea maximă a pachetului care poate fi transmis prin rețea.
FDDI (Fiber Distributed Data Interface - Interfață de date distribuite prin fibră optică) este un standard de rețea locală (LAN) de mare viteză care utilizează fibra optică ca mediu de transmisie. Unitatea maximă de transmisie (MTU) este dimensiunea maximă a pachetului care poate fi transmisă printr-un protocol de nivel de legătură de date. În rețelele FDDI, dimensiunea MTU este de 4352 de octeți. Aceasta înseamnă că dimensiunea maximă a pachetului care poate fi transmisă prin protocolul de nivel de legătură de date în rețeaua FDDI este de 4352 de octeți. Dacă pachetul care urmează să fie transmis depășește această dimensiune, acesta trebuie fragmentat pentru a-l împărți în mai multe fragmente adecvate dimensiunii MTU pentru transmisie și reasamblare la receptor.
Pentru Ethernet, MTU-ul are de obicei o dimensiune de 1500 de octeți. Aceasta înseamnă că Ethernet poate transmite pachete cu o dimensiune de până la 1500 de octeți. Dacă dimensiunea pachetului depășește limita MTU, atunci pachetul este fragmentat în fragmente mai mici pentru transmitere și reasamblat la destinație. Reasamblarea datagramei IP fragmentate poate fi efectuată numai de către gazda destinație, iar routerul nu va efectua operațiunea de reasamblare.
Am vorbit și despre segmentele TCP anterior, dar MSS înseamnă Maximum Segment Size (Dimensiunea Maximă a Segmentului) și joacă un rol important în protocolul TCP. MSS se referă la dimensiunea segmentului maxim de date care poate fi trimis într-o conexiune TCP. Similar cu MTU, MSS este utilizat pentru a limita dimensiunea pachetelor, dar o face la nivelul de transport, nivelul protocolului TCP. Protocolul TCP transmite datele nivelului aplicației prin împărțirea datelor în mai multe segmente de date, iar dimensiunea fiecărui segment de date este limitată de MSS.
MTU-ul fiecărei legături de date este diferit deoarece fiecare tip diferit de legătură de date este utilizat în scopuri diferite. În funcție de scopul utilizării, pot fi găzduite MTU-uri diferite.
Să presupunem că expeditorul dorește să trimită o datagramă mare de 4000 de octeți pentru transmitere printr-o legătură Ethernet, așadar datagrama trebuie împărțită în trei datagrame mai mici pentru transmitere. Acest lucru se datorează faptului că dimensiunea fiecărei datagrame mici nu poate depăși limita MTU, care este de 1500 de octeți. După ce primește cele trei datagrame mici, receptorul le reasamblează în datagrama originală de 4000 de octeți pe baza numărului de secvență și a offset-ului fiecărei datagrame.
În transmisia fragmentată, pierderea unui fragment va invalida întreaga datagramă IP. Pentru a evita acest lucru, TCP a introdus MSS, unde fragmentarea se face la nivelul TCP în loc de nivelul IP. Avantajul acestei abordări este că TCP are un control mai precis asupra dimensiunii fiecărui segment, ceea ce evită problemele asociate cu fragmentarea la nivelul IP.
Pentru UDP, încercăm să nu trimitem un pachet de date mai mare decât MTU. Acest lucru se datorează faptului că UDP este un protocol de transport orientat fără conexiune, care nu oferă mecanisme de fiabilitate și retransmisie precum TCP. Dacă trimitem un pachet de date UDP mai mare decât MTU, acesta va fi fragmentat de stratul IP pentru transmisie. Odată ce unul dintre fragmente este pierdut, protocolul UDP nu poate retransmite, rezultând pierderea datelor. Prin urmare, pentru a asigura o transmisie fiabilă a datelor, ar trebui să încercăm să controlăm dimensiunea pachetelor de date UDP din cadrul MTU și să evităm transmisia fragmentată.
Mylinking™ Broker de pachete de rețeaPoate identifica automat diverse tipuri de protocoale de tunel VxLAN/NVGRE/IPoverIP/MPLS/GRE etc., putând fi determinate în funcție de profilul utilizatorului, în funcție de ieșirea fluxului de tunel a caracteristicilor interne sau externe.
○ Poate recunoaște pachete de etichete VLAN, QinQ și MPLS
○ Poate identifica VLAN-ul intern și extern
○ Pachetele IPv4/IPv6 pot fi identificate
○ Poate identifica pachete de tunel VxLAN, NVGRE, GRE, IPoverIP, GENEVE, MPLS
○ Pachetele IP fragmentate pot fi identificate (Acceptă identificarea fragmentării IP și reasamblarea fragmentării IP pentru a implementa filtrarea caracteristicilor L4 pe toate pachetele de fragmentare IP. Implementează politica de ieșire a traficului.)
De ce este fragmentat IP-ul și fragmentat TCP-ul?
Întrucât în transmisia în rețea, nivelul IP va fragmenta automat pachetul de date, chiar dacă nivelul TCP nu segmentează datele, pachetul de date va fi fragmentat automat de nivelul IP și transmis normal. Așadar, de ce are nevoie TCP de fragmentare? Nu este o exagerare?
Să presupunem că există un pachet mare care nu este segmentat la nivelul TCP și se pierde în tranzit; TCP îl va retransmite, dar numai în întregul pachet mare (deși nivelul IP împarte datele în pachete mai mici, fiecare având o lungime MTU). Acest lucru se datorează faptului că nivelul IP nu este interesat de transmiterea fiabilă a datelor.
Cu alte cuvinte, pe legătura de transport către rețea a unei mașini, dacă stratul de transport fragmentează datele, stratul IP nu le fragmentează. Dacă fragmentarea nu este efectuată la nivelul de transport, fragmentarea este posibilă la nivelul IP.
În termeni simpli, TCP segmentează datele astfel încât stratul IP să nu mai fie fragmentat, iar atunci când au loc retransmisii, doar mici porțiuni din datele care au fost fragmentate sunt retransmise. În acest fel, se poate îmbunătăți eficiența și fiabilitatea transmisiei.
Dacă TCP este fragmentat, nu este fragmentat și stratul IP?
În discuția de mai sus, am menționat că după fragmentarea TCP la nivelul expeditorului, nu există fragmentare la nivelul IP. Cu toate acestea, pot exista alte dispozitive la nivelul de rețea de-a lungul legăturii de transport care pot avea o unitate maximă de transmisie (MTU) mai mică decât MTU-ul la expeditor. Prin urmare, chiar dacă pachetul a fost fragmentat la expeditor, acesta este fragmentat din nou pe măsură ce trece prin nivelul IP al acestor dispozitive. În cele din urmă, toate fragmentele vor fi asamblate la receptor.
Dacă putem determina MTU-ul minim pe întreaga legătură și trimite date la acea lungime, nu va avea loc nicio fragmentare, indiferent de nodul la care sunt transmise datele. Acest MTU minim pe întreaga legătură se numește MTU pe cale (PMTU). Când un pachet IP ajunge la un router, dacă MTU-ul routerului este mai mic decât lungimea pachetului și indicatorul DF (Do not Fragment - Nu fragmentați) este setat la 1, routerul nu va putea fragmenta pachetul și îl poate doar elimina. În acest caz, routerul generează un mesaj de eroare ICMP (Internet Control Message Protocol) numit „Fragmentare necesară, dar DF setat”. Acest mesaj de eroare ICMP va fi trimis înapoi la adresa sursă cu valoarea MTU a routerului. Când expeditorul primește mesajul de eroare ICMP, poate ajusta dimensiunea pachetului pe baza valorii MTU pentru a evita din nou situația de fragmentare interzisă.
Fragmentarea IP este o necesitate și ar trebui evitată la nivelul IP, în special pe dispozitivele intermediare din legătură. Prin urmare, în IPv6, fragmentarea pachetelor IP de către dispozitivele intermediare a fost interzisă, iar fragmentarea poate fi efectuată doar la începutul și sfârșitul legăturii.
Înțelegeri de bază despre IPv6
IPv6 este versiunea 6 a Protocolului Internet, succesorul IPv4. IPv6 utilizează o lungime a adresei de 128 de biți, ceea ce poate oferi mai multe adrese IP decât lungimea de 32 de biți a IPv4. Acest lucru se datorează faptului că spațiul de adrese IPv4 se epuizează treptat, în timp ce spațiul de adrese IPv6 este foarte mare și poate satisface nevoile internetului viitorului.
Când vorbim despre IPv6, pe lângă un spațiu de adrese mai mare, acesta aduce și o securitate și o scalabilitate mai bune, ceea ce înseamnă că IPv6 poate oferi o experiență de rețea mai bună în comparație cu IPv4.
Deși IPv6 există de mult timp, implementarea sa la nivel global este încă relativ lentă. Acest lucru se datorează în principal faptului că IPv6 trebuie să fie compatibil cu rețeaua IPv4 existentă, ceea ce necesită tranziție și migrare. Cu toate acestea, odată cu epuizarea adreselor IPv4 și creșterea cererii pentru IPv6, tot mai mulți furnizori de servicii de internet și organizații adoptă treptat IPv6 și realizează treptat funcționarea dual-stack a IPv6 și IPv4.
Rezumat
În acest capitol, am analizat mai în detaliu modul în care funcționează fragmentarea și reasamblarea IP. Diferite legături de date au Unități Maxime de Transmisie (MTU) diferite. Când dimensiunea unui pachet depășește limita MTU, fragmentarea IP împarte pachetul în mai multe fragmente mai mici pentru transmisie și le reasamblează într-un pachet complet prin mecanismul de reasamblare IP după sosirea la destinație. Scopul fragmentării TCP este de a face ca stratul IP să nu se mai fragmenteze și să retransmită doar datele mici care au fost fragmentate atunci când are loc retransmisia, astfel încât să îmbunătățească eficiența și fiabilitatea transmisiei. Cu toate acestea, pot exista alte dispozitive de nivel de rețea pe parcursul legăturii de transport al căror MTU poate fi mai mic decât cel al expeditorului, astfel încât pachetul va fi în continuare fragmentat din nou la stratul IP al acestor dispozitive. Fragmentarea la stratul IP ar trebui evitată pe cât posibil, în special pe dispozitivele intermediare din legătură.
Data publicării: 07 august 2025
