Introducción
Todos conocemos el principio de clasificación y no clasificación de IP y su aplicación en la comunicación en red. La fragmentación y el reensamblado de IP son un mecanismo clave en el proceso de transmisión de paquetes. Cuando el tamaño de un paquete supera el límite de la Unidad Máxima de Transmisión (MTU) de un enlace de red, la fragmentación de IP divide el paquete en múltiples fragmentos más pequeños para su transmisión. Estos fragmentos se transmiten de forma independiente en la red y, al llegar a su destino, se reensamblan en paquetes completos mediante el mecanismo de reensamblado de IP. Este proceso de fragmentación y reensamblado garantiza la transmisión de paquetes de gran tamaño en la red, a la vez que garantiza la integridad y la fiabilidad de los datos. En esta sección, profundizaremos en el funcionamiento de la fragmentación y el reensamblado de IP.
Fragmentación y reensamblaje de IP
Los distintos enlaces de datos tienen distintas unidades máximas de transmisión (MTU); por ejemplo, el enlace de datos FDDI tiene una MTU de 4352 bytes y la MTU de Ethernet de 1500 bytes. MTU significa Unidad Máxima de Transmisión y se refiere al tamaño máximo de paquete que se puede transmitir por la red.
FDDI (Interfaz de Datos Distribuidos por Fibra) es un estándar de red de área local (LAN) de alta velocidad que utiliza fibra óptica como medio de transmisión. La Unidad Máxima de Transmisión (MTU) es el tamaño máximo de paquete que puede transmitir un protocolo de capa de enlace de datos. En las redes FDDI, el tamaño de la MTU es de 4352 bytes. Esto significa que el tamaño máximo de paquete que puede transmitir el protocolo de capa de enlace de datos en una red FDDI es de 4352 bytes. Si el paquete a transmitir supera este tamaño, debe fragmentarse para dividirlo en múltiples fragmentos adecuados al tamaño de la MTU para su transmisión y reensamblado en el receptor.
Para Ethernet, la MTU suele tener un tamaño de 1500 bytes. Esto significa que Ethernet puede transmitir paquetes de hasta 1500 bytes. Si el tamaño del paquete supera el límite de MTU, se fragmenta en fragmentos más pequeños para su transmisión y se reensambla en el destino. El reensamblado del datagrama IP fragmentado solo puede ser realizado por el host de destino; el enrutador no realizará esta operación.
Ya hablamos de los segmentos TCP, pero MSS significa Tamaño Máximo de Segmento y desempeña un papel importante en el protocolo TCP. MSS se refiere al tamaño máximo del segmento de datos que se puede enviar en una conexión TCP. Al igual que la MTU, MSS se utiliza para limitar el tamaño de los paquetes, pero lo hace en la capa de transporte, la capa del protocolo TCP. El protocolo TCP transmite los datos de la capa de aplicación dividiéndolos en múltiples segmentos, y el tamaño de cada segmento está limitado por el MSS.
La MTU de cada enlace de datos es diferente porque cada tipo de enlace se utiliza para fines distintos. Según el propósito de uso, se pueden alojar diferentes MTU.
Supongamos que el emisor desea enviar un datagrama grande de 4000 bytes para su transmisión a través de un enlace Ethernet. Por lo tanto, el datagrama debe dividirse en tres datagramas más pequeños para su transmisión. Esto se debe a que el tamaño de cada datagrama pequeño no puede superar el límite de MTU, que es de 1500 bytes. Tras recibir los tres datagramas pequeños, el receptor los reensambla en el datagrama original de 4000 bytes, basándose en el número de secuencia y el desplazamiento de cada datagrama.
En la transmisión fragmentada, la pérdida de un fragmento invalida todo el datagrama IP. Para evitarlo, TCP introdujo MSS, donde la fragmentación se realiza en la capa TCP en lugar de en la capa IP. La ventaja de este enfoque es que TCP tiene un control más preciso del tamaño de cada segmento, lo que evita los problemas asociados con la fragmentación en la capa IP.
En el caso de UDP, intentamos evitar enviar paquetes de datos que superen la MTU. Esto se debe a que UDP es un protocolo de transporte sin conexión que no ofrece fiabilidad ni mecanismos de retransmisión como TCP. Si enviamos un paquete de datos UDP que supere la MTU, la capa IP lo fragmentará para su transmisión. Si se pierde uno de los fragmentos, el protocolo UDP no puede retransmitir, lo que resulta en la pérdida de datos. Por lo tanto, para garantizar una transmisión fiable de datos, debemos controlar el tamaño de los paquetes de datos UDP dentro de la MTU y evitar la transmisión fragmentada.
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¿Por qué IP está fragmentado y TCP también?
Dado que en la transmisión de red, la capa IP fragmenta automáticamente el paquete de datos, incluso si la capa TCP no segmenta los datos, el paquete será fragmentado automáticamente por la capa IP y se transmitirá con normalidad. Entonces, ¿por qué TCP necesita fragmentación? ¿No es excesivo?
Supongamos que hay un paquete grande que no está segmentado en la capa TCP y se pierde en tránsito; TCP lo retransmitirá, pero solo en su totalidad (aunque la capa IP divide los datos en paquetes más pequeños, cada uno con una longitud MTU). Esto se debe a que la capa IP no se preocupa por la transmisión fiable de datos.
En otras palabras, en el enlace de transporte a red de una máquina, si la capa de transporte fragmenta los datos, la capa IP no los fragmenta. Si la fragmentación no se realiza en la capa de transporte, sí es posible en la capa IP.
En pocas palabras, TCP segmenta los datos para que la capa IP deje de fragmentarse y, al retransmitir, solo se retransmiten pequeñas porciones de los datos fragmentados. De esta forma, se mejora la eficiencia y la fiabilidad de la transmisión.
Si TCP está fragmentado, ¿no está fragmentada la capa IP?
En la discusión anterior, mencionamos que tras la fragmentación de TCP en el emisor, no hay fragmentación en la capa IP. Sin embargo, puede haber otros dispositivos de la capa de red a lo largo del enlace de transporte cuya unidad máxima de transmisión (MTU) sea menor que la del emisor. Por lo tanto, aunque el paquete se haya fragmentado en el emisor, se fragmenta de nuevo al pasar por la capa IP de estos dispositivos. Finalmente, todos los fragmentos se ensamblarán en el receptor.
Si podemos determinar la MTU mínima en todo el enlace y enviar datos con esa longitud, no se producirá fragmentación, independientemente del nodo al que se transmitan. Esta MTU mínima en todo el enlace se denomina MTU de ruta (PMTU). Cuando un paquete IP llega a un enrutador, si la MTU del enrutador es menor que la longitud del paquete y el indicador DF (No fragmentar) está establecido en 1, el enrutador no podrá fragmentar el paquete y solo podrá descartarlo. En este caso, el enrutador genera un mensaje de error ICMP (Protocolo de mensajes de control de Internet) llamado "Fragmentación necesaria, pero DF establecido". Este mensaje de error ICMP se envía de vuelta a la dirección de origen con el valor de MTU del enrutador. Cuando el remitente recibe el mensaje de error ICMP, puede ajustar el tamaño del paquete en función del valor de MTU para evitar que se produzca nuevamente la fragmentación prohibida.
La fragmentación de IP es necesaria y debe evitarse en la capa IP, especialmente en los dispositivos intermedios del enlace. Por lo tanto, en IPv6, se prohíbe la fragmentación de paquetes IP por dispositivos intermedios, y solo puede realizarse al inicio y al final del enlace.
Comprensión básica de IPv6
IPv6 es la versión 6 del Protocolo de Internet, sucesor de IPv4. IPv6 utiliza una longitud de dirección de 128 bits, lo que permite proporcionar más direcciones IP que la longitud de 32 bits de IPv4. Esto se debe a que el espacio de direcciones de IPv4 se está agotando gradualmente, mientras que el de IPv6 es muy amplio y puede satisfacer las necesidades de la Internet del futuro.
Cuando hablamos de IPv6, además de más espacio de direcciones, también trae mejor seguridad y escalabilidad, lo que significa que IPv6 puede proporcionar una mejor experiencia de red en comparación con IPv4.
Aunque IPv6 existe desde hace mucho tiempo, su implementación global aún es relativamente lenta. Esto se debe principalmente a que IPv6 necesita ser compatible con la red IPv4 existente, lo que requiere transición y migración. Sin embargo, con el agotamiento de las direcciones IPv4 y la creciente demanda de IPv6, cada vez más proveedores de servicios de Internet y organizaciones están adoptando gradualmente IPv6 y logrando gradualmente la operación dual de IPv6 e IPv4.
Resumen
En este capítulo, profundizamos en el funcionamiento de la fragmentación y el reensamblado de IP. Cada enlace de datos tiene una Unidad Máxima de Transmisión (MTU) distinta. Cuando el tamaño de un paquete supera el límite de MTU, la fragmentación de IP lo divide en fragmentos más pequeños para su transmisión y los reensambla en un paquete completo mediante el mecanismo de reensamblado de IP tras llegar a su destino. El objetivo de la fragmentación de TCP es evitar que la capa IP se fragmente y retransmitir solo los datos pequeños fragmentados durante la retransmisión, mejorando así la eficiencia y la fiabilidad de la transmisión. Sin embargo, puede haber otros dispositivos de la capa de red en el enlace de transporte cuya MTU sea inferior a la del remitente, por lo que el paquete se fragmentará de nuevo en la capa IP de estos dispositivos. Se debe evitar la fragmentación en la capa IP en la medida de lo posible, especialmente en los dispositivos intermedios del enlace.
Hora de publicación: 07-ago-2025
