Introducción
Todos conocemos el principio de clasificación y no clasificación de IP y su aplicación en la comunicación de redes. La fragmentación y reensamblaje de IP es 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 lo divide en múltiples fragmentos más pequeños para su transmisión. Estos fragmentos se transmiten de forma independiente en la red y, al llegar a su destino, el mecanismo de reensamblaje de IP los reensambla en paquetes completos. Este proceso de fragmentación y reensamblaje garantiza que se puedan transmitir paquetes de gran tamaño en la red, asegurando al mismo tiempo la integridad y confiabilidad de los datos. En esta sección, analizaremos con mayor detalle cómo funcionan la fragmentación y el reensamblaje de IP.
Fragmentación y reensamblaje de la propiedad intelectual
Los distintos enlaces de datos tienen diferentes unidades de transmisión máxima (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 de Transmisión Máxima y se refiere al tamaño máximo de paquete que se puede transmitir a través de 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 de Transmisión Máxima (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 excede este tamaño, debe fragmentarse para dividirlo en múltiples fragmentos adecuados al tamaño de la MTU para su transmisión y posterior reensamblaje en el receptor.
En Ethernet, la MTU suele ser de 1500 bytes. Esto significa que Ethernet puede transmitir paquetes de hasta 1500 bytes. Si el tamaño del paquete supera el límite de la MTU, se fragmenta en fragmentos más pequeños para su transmisión y se vuelve a ensamblar en el destino. El reensamblaje del datagrama IP fragmentado solo puede ser realizado por el host de destino; el enrutador no realiza esta operación.
Anteriormente 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 del segmento de datos máximo que se puede enviar en una conexión TCP. Al igual que 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 de datos se utiliza para fines distintos. Dependiendo del propósito de uso, se pueden alojar diferentes MTU.
Supongamos que el remitente desea enviar un datagrama grande de 4000 bytes 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 exceder el límite de MTU, que es de 1500 bytes. Tras recibir los tres datagramas pequeños, el receptor los recombina para formar 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 sobre el tamaño de cada segmento, lo que evita los problemas asociados con la fragmentación en la capa IP.
En UDP, procuramos no enviar paquetes de datos mayores que la MTU. Esto se debe a que UDP es un protocolo de transporte sin conexión, que no ofrece mecanismos de fiabilidad y retransmisión como TCP. Si enviamos un paquete de datos UDP mayor que la MTU, la capa IP lo fragmentará para su transmisión. Si se pierde uno de los fragmentos, el protocolo UDP no puede retransmitirlo, lo que provoca la pérdida de datos. Por lo tanto, para garantizar una transmisión de datos fiable, 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 están fragmentados el protocolo IP y el TCP?
Dado que en la transmisión de red la capa IP fragmenta automáticamente el paquete de datos, incluso si la capa TCP no lo hace, este se fragmentará automáticamente y se transmitirá con normalidad. Entonces, ¿por qué TCP necesita la fragmentación? ¿No es excesivo?
Supongamos que hay un paquete grande que no se segmenta en la capa TCP y se pierde durante la transmisión; TCP lo retransmitirá, pero solo como un paquete grande completo (aunque la capa IP divide los datos en paquetes más pequeños, cada uno con una longitud MTU). Esto se debe a que a la capa IP no le importa la transmisión confiable de datos.
En otras palabras, en el enlace de transporte de una máquina a la red, si la capa de transporte fragmenta los datos, la capa IP no lo hace. Si la fragmentación no se realiza en la capa de transporte, es posible que se produzca en la capa IP.
En términos sencillos, TCP segmenta los datos para que la capa IP deje de estar fragmentada, y cuando se producen retransmisiones, 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, ¿acaso la capa IP no lo está también?
En la discusión anterior, mencionamos que, tras la fragmentación TCP en el remitente, no se produce fragmentación en la capa IP. Sin embargo, puede haber otros dispositivos de la capa de red a lo largo del enlace de transporte con una unidad de transmisión máxima (MTU) menor que la del remitente. Por lo tanto, aunque el paquete se haya fragmentado en el remitente, se fragmenta nuevamente 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 los datos. 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 (Do Not Fragment) está configurado 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 "Fragmentation Needed But DF Set" (Se necesita fragmentación, pero DF está configurado). Este mensaje de error ICMP se enviará 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 nuevamente la situación de 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 ha prohibido la fragmentación de paquetes IP por parte de dispositivos intermedios, y la fragmentación solo puede realizarse al inicio y al final del enlace.
Conocimientos básicos de IPv6
IPv6 es la versión 6 del Protocolo de Internet, sucesora de IPv4. IPv6 utiliza direcciones de 128 bits, lo que permite ofrecer más direcciones IP que las de 32 bits de IPv4. Esto se debe a que el espacio de direcciones IPv4 se está agotando gradualmente, mientras que el espacio de direcciones IPv6 es muy amplio y puede satisfacer las necesidades de Internet del futuro.
Cuando hablamos de IPv6, además de un mayor espacio de direcciones, también ofrece mayor seguridad y escalabilidad, lo que significa que IPv6 puede proporcionar una mejor experiencia de red en comparación con IPv4.
Aunque IPv6 lleva tiempo en funcionamiento, su despliegue global aún es relativamente lento. Esto se debe principalmente a que IPv6 necesita ser compatible con la red IPv4 existente, lo que requiere una transición y migración. Sin embargo, ante 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 la operación de doble pila (IPv6 e IPv4).
Resumen
En este capítulo, analizamos en detalle cómo funcionan la fragmentación y el reensamblaje de IP. Los distintos enlaces de datos tienen diferentes Unidades Máximas de Transmisión (MTU). Cuando el tamaño de un paquete supera el límite de la MTU, la fragmentación de IP lo divide en múltiples fragmentos más pequeños para su transmisión y los reensambla en un paquete completo mediante el mecanismo de reensamblaje de IP al llegar al destino. El objetivo de la fragmentación de TCP es evitar que la capa IP fragmente los paquetes y retransmita únicamente los datos fragmentados, mejorando así la eficiencia y la fiabilidad de la transmisión. Sin embargo, puede haber otros dispositivos de la capa de red a lo largo del enlace de transporte cuya MTU sea menor que la del remitente, por lo que el paquete se fragmentará de nuevo en la capa IP de estos dispositivos. La fragmentación en la capa IP debe evitarse en la medida de lo posible, especialmente en los dispositivos intermedios del enlace.
Fecha de publicación: 7 de agosto de 2025
