Fragmentación de IP

La fragmentación de IP es un proceso de Protocolo de Internet (IP) que divide los paquetes en partes más pequeñas (fragmentos), de modo que las partes resultantes puedan pasar a través de un enlace con una unidad máxima de transmisión (MTU) más pequeña que el tamaño del paquete original. Los fragmentos son reensamblados por el host receptor.

Los detalles del mecanismo de fragmentación, así como el enfoque arquitectónico general de la fragmentación, son diferentes entre IPv4 e IPv6.

Proceso

RFC 791 describe el procedimiento para la fragmentación de IP y la transmisión y reensamblaje de paquetes de IP. RFC 815 describe un algoritmo de reensamblado simplificado. El campo Identificación junto con extranjero y dirección de Internet local y el ID de protocolo, y Fragmento El campo de compensación junto con las marcas No fragmentar y Más fragmentos en el encabezado IP se utilizan para la fragmentación y el reensamblaje de paquetes IP.

Si un host receptor recibe un paquete IP fragmentado, debe volver a ensamblar el paquete y pasarlo a la capa de protocolo superior. El reensamblado está destinado a ocurrir en el host receptor, pero en la práctica, puede ser realizado por un enrutador intermedio, por ejemplo, la traducción de direcciones de red (NAT) puede necesitar volver a ensamblar fragmentos para traducir flujos de datos.

Diferencias de IPv4 e IPv6

Bajo IPv4, un enrutador que recibe un paquete de red más grande que la MTU del siguiente salto tiene dos opciones: descartar el paquete si el bit indicador No fragmentar (DF) está configurado en el encabezado del paquete y envía un mensaje de Protocolo de mensajes de control de Internet (ICMP) que indica la condición Fragmentación necesaria (Tipo 3, Código 4), o fragmenta el paquete y envíalo el enlace con una MTU más pequeña. Aunque los creadores pueden producir paquetes fragmentados, los enrutadores IPv6 no tienen la opción de fragmentarlos más. En su lugar, se requiere equipo de red para entregar cualquier paquete IPv6 o fragmentos de paquetes menores o iguales a 1280 bytes y se requieren hosts IPv6 para determinar la MTU óptima a través de Path MTU Discovery antes de enviar paquetes.

Aunque los formatos de encabezado son diferentes para IPv4 e IPv6, se utilizan campos análogos para la fragmentación, por lo que se puede reutilizar el mismo algoritmo para la fragmentación y reensamblaje de IPv4 e IPv6.

En IPv4, los hosts deben hacer todo lo posible para volver a ensamblar los paquetes de IP fragmentados con un tamaño total de hasta 576 bytes. También pueden intentar volver a ensamblar paquetes IP fragmentados de más de 576 bytes, pero también se les permite descartar silenciosamente dichos paquetes más grandes. Se recomienda que las aplicaciones se abstengan de enviar paquetes de más de 576 bytes a menos que tengan conocimiento previo de que el host remoto es capaz de aceptarlos o volver a ensamblarlos.

En IPv6, los hosts deben hacer todo lo posible para volver a ensamblar los paquetes fragmentados con un tamaño total reensamblado de hasta 1500 bytes, mayor que la MTU mínima de IPv6 de 1280 bytes. Los paquetes fragmentados con un tamaño total reensamblado superior a 1500 bytes se pueden descartar opcionalmente de forma silenciosa. Las aplicaciones que dependen de la fragmentación de IPv6 para superar una limitación de MTU de ruta deben fragmentar explícitamente el paquete en el punto de origen; sin embargo, no deben intentar enviar paquetes fragmentados con un tamaño total superior a 1500 bytes a menos que sepan de antemano que el host remoto puede volver a ensamblarse.

Impacto en el reenvío de red

Cuando una red tiene varias rutas paralelas, tecnologías como LAG y CEF dividen el tráfico entre las rutas según un algoritmo hash. Uno de los objetivos del algoritmo es garantizar que todos los paquetes del mismo flujo se envíen por la misma ruta para minimizar la reordenación innecesaria de paquetes.

La fragmentación de IP puede causar retransmisiones excesivas cuando los fragmentos se encuentran con la pérdida de paquetes y los protocolos confiables como TCP deben retransmitir todos los fragmentos para recuperarse de la pérdida de un solo fragmento. Por lo tanto, los remitentes suelen utilizar dos enfoques para decidir el tamaño de los paquetes IP para enviar a través de la red. El primero es que el host emisor envíe un paquete IP de un tamaño igual a la MTU del primer salto del par origen-destino. La segunda es ejecutar el algoritmo Path MTU Discovery para determinar la ruta MTU entre dos hosts de IP para evitar la fragmentación de IP.

A partir de 2020, la fragmentación de IP se considera frágil y, a menudo, no deseada debido a su impacto en la seguridad.