Introdução
Todos conhecemos o princípio de classificação e não classificação do IP e sua aplicação na comunicação em rede. A fragmentação e remontagem do IP é um mecanismo fundamental no processo de transmissão de pacotes. Quando o tamanho de um pacote excede o limite da Unidade Máxima de Transmissão (MTU) de um enlace de rede, a fragmentação do IP divide o pacote em múltiplos fragmentos menores para transmissão. Esses fragmentos são transmitidos independentemente na rede e, ao chegarem ao destino, são remontados em pacotes completos pelo mecanismo de remontagem do IP. Esse processo de fragmentação e remontagem garante que pacotes de grande tamanho possam ser transmitidos na rede, mantendo a integridade e a confiabilidade dos dados. Nesta seção, analisaremos mais detalhadamente como a fragmentação e a remontagem do IP funcionam.
Fragmentação e remontagem de IP
Diferentes enlaces de dados possuem diferentes unidades máximas de transmissão (MTU); por exemplo, o enlace de dados FDDI tem uma MTU de 4352 bytes e a MTU Ethernet, de 1500 bytes. MTU significa Unidade Máxima de Transmissão e se refere ao tamanho máximo de pacote que pode ser transmitido pela rede.
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) é um padrão de rede local (LAN) de alta velocidade que utiliza fibra óptica como meio de transmissão. A Unidade Máxima de Transmissão (MTU) é o tamanho máximo de pacote que pode ser transmitido por um protocolo da camada de enlace de dados. Em redes FDDI, o tamanho da MTU é de 4352 bytes. Isso significa que o tamanho máximo de pacote que pode ser transmitido pelo protocolo da camada de enlace de dados em uma rede FDDI é de 4352 bytes. Se o pacote a ser transmitido exceder esse tamanho, ele precisa ser fragmentado para ser dividido em múltiplos fragmentos adequados ao tamanho da MTU para transmissão e remontagem no receptor.
Para Ethernet, o MTU (Unidade Máxima de Transmissão) é tipicamente de 1500 bytes. Isso significa que o Ethernet pode transmitir pacotes de até 1500 bytes. Se o tamanho do pacote exceder o limite do MTU, ele será fragmentado em fragmentos menores para transmissão e remontado no destino. A remontagem do datagrama IP fragmentado só pode ser realizada pelo host de destino, e o roteador não executará essa operação.
Já falamos sobre segmentos TCP anteriormente, mas MSS significa Tamanho Máximo do Segmento e desempenha um papel importante no protocolo TCP. MSS se refere ao tamanho do segmento de dados máximo permitido para envio em uma conexão TCP. Semelhante ao MTU, o MSS é usado para limitar o tamanho dos pacotes, mas faz isso na camada de transporte, a camada do protocolo TCP. O protocolo TCP transmite os dados da camada de aplicação dividindo-os em múltiplos segmentos de dados, e o tamanho de cada segmento de dados é limitado pelo MSS.
O MTU de cada enlace de dados é diferente porque cada tipo de enlace é usado para fins diferentes. Dependendo da finalidade de uso, podem ser utilizados MTUs diferentes.
Suponha que o remetente queira enviar um datagrama grande de 4000 bytes para transmissão por um link Ethernet. Nesse caso, o datagrama precisa ser dividido em três datagramas menores para transmissão. Isso ocorre porque o tamanho de cada datagrama menor não pode exceder o limite da MTU, que é de 1500 bytes. Após receber os três datagramas menores, o receptor os remonta no datagrama original de 4000 bytes com base no número de sequência e no deslocamento de cada datagrama.
Em transmissões fragmentadas, a perda de um fragmento invalida todo o datagrama IP. Para evitar isso, o TCP introduziu o MSS (Segmento de Tamanho Múltiplo), onde a fragmentação é feita na camada TCP em vez da camada IP. A vantagem dessa abordagem é que o TCP tem um controle mais preciso sobre o tamanho de cada segmento, o que evita os problemas associados à fragmentação na camada IP.
Para o UDP, procuramos não enviar pacotes de dados maiores que o MTU. Isso ocorre porque o UDP é um protocolo de transporte orientado a conexão, que não oferece mecanismos de confiabilidade e retransmissão como o TCP. Se enviarmos um pacote de dados UDP maior que o MTU, ele será fragmentado pela camada IP para transmissão. Uma vez que um dos fragmentos seja perdido, o protocolo UDP não poderá retransmitir, resultando na perda de dados. Portanto, para garantir a transmissão confiável de dados, devemos tentar controlar o tamanho dos pacotes de dados UDP dentro do MTU e evitar a transmissão fragmentada.
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Por que o IP e o TCP são fragmentados?
Como na transmissão de rede a camada IP fragmenta automaticamente os pacotes de dados, mesmo que a camada TCP não os segmente, os pacotes serão fragmentados automaticamente pela camada IP e transmitidos normalmente. Então, por que o TCP precisa de fragmentação? Não é um exagero?
Suponha que haja um pacote grande que não seja segmentado na camada TCP e se perca durante a transmissão; o TCP o retransmitirá, mas apenas no pacote grande completo (embora a camada IP divida os dados em pacotes menores, cada um com um comprimento MTU). Isso ocorre porque a camada IP não se preocupa com a transmissão confiável dos dados.
Em outras palavras, em um enlace de transporte de uma máquina para a rede, se a camada de transporte fragmentar os dados, a camada IP não os fragmentará. Se a fragmentação não for realizada na camada de transporte, ela poderá ocorrer na camada IP.
Em termos simples, o TCP segmenta os dados de forma que a camada IP não fique mais fragmentada e, quando ocorrem retransmissões, apenas pequenas porções dos dados que foram fragmentados são retransmitidas. Dessa forma, a eficiência e a confiabilidade da transmissão podem ser aprimoradas.
Se o TCP é fragmentado, a camada IP não está fragmentada?
Na discussão anterior, mencionamos que, após a fragmentação TCP no remetente, não há fragmentação na camada IP. No entanto, pode haver outros dispositivos da camada de rede ao longo do enlace de transporte que possuam uma unidade máxima de transmissão (MTU) menor que a MTU no remetente. Portanto, mesmo que o pacote tenha sido fragmentado no remetente, ele é fragmentado novamente ao passar pela camada IP desses dispositivos. Eventualmente, todos os fragmentos serão reunidos no receptor.
Se pudermos determinar o MTU mínimo em todo o enlace e enviar dados com esse comprimento, não ocorrerá fragmentação, independentemente do nó para o qual os dados sejam transmitidos. Esse MTU mínimo em todo o enlace é chamado de MTU de caminho (PMTU). Quando um pacote IP chega a um roteador, se o MTU do roteador for menor que o comprimento do pacote e o sinalizador DF (Não Fragmentar) estiver definido como 1, o roteador não poderá fragmentar o pacote e só poderá descartá-lo. Nesse caso, o roteador gera uma mensagem de erro ICMP (Internet Control Message Protocol) chamada "Fragmentação Necessária, mas DF Definido". Essa mensagem de erro ICMP será enviada de volta ao endereço de origem com o valor do MTU do roteador. Quando o remetente recebe a mensagem de erro ICMP, ele pode ajustar o tamanho do pacote com base no valor do MTU para evitar novamente a situação de fragmentação proibida.
A fragmentação de IP é uma necessidade e deve ser evitada na camada IP, especialmente em dispositivos intermediários no enlace. Portanto, no IPv6, a fragmentação de pacotes IP por dispositivos intermediários foi proibida, e a fragmentação só pode ser realizada no início e no fim do enlace.
Noções básicas de IPv6
O IPv6 é a sexta versão do Protocolo de Internet, sucessor do IPv4. O IPv6 utiliza endereços de 128 bits, o que permite fornecer mais endereços IP do que o IPv4, que utilizava endereços de 32 bits. Isso ocorre porque o espaço de endereçamento do IPv4 está se esgotando gradualmente, enquanto o espaço de endereçamento do IPv6 é muito amplo e pode atender às necessidades da Internet do futuro.
Ao falar sobre IPv6, além de um maior espaço de endereçamento, ele também traz maior segurança e escalabilidade, o que significa que o IPv6 pode proporcionar uma melhor experiência de rede em comparação com o IPv4.
Embora o IPv6 exista há bastante tempo, sua implantação global ainda é relativamente lenta. Isso se deve principalmente ao fato de o IPv6 precisar ser compatível com a rede IPv4 existente, o que exige transição e migração. No entanto, com o esgotamento dos endereços IPv4 e a crescente demanda por IPv6, cada vez mais provedores de serviços de internet e organizações estão adotando gradualmente o IPv6 e implementando a operação de pilha dupla (IPv6 e IPv4).
Resumo
Neste capítulo, analisamos mais detalhadamente como funcionam a fragmentação e a remontagem IP. Diferentes enlaces de dados possuem diferentes Unidades Máximas de Transmissão (MTU). Quando o tamanho de um pacote excede o limite da MTU, a fragmentação IP divide o pacote em múltiplos fragmentos menores para transmissão e os remonta em um pacote completo pelo mecanismo de remontagem IP após a chegada ao destino. O objetivo da fragmentação TCP é fazer com que a camada IP não fragmente mais os pacotes, retransmitindo apenas os pequenos dados que foram fragmentados durante a retransmissão, a fim de melhorar a eficiência e a confiabilidade da transmissão. No entanto, pode haver outros dispositivos na camada de rede ao longo do enlace de transporte cuja MTU seja menor que a do remetente, de modo que o pacote ainda será fragmentado novamente na camada IP desses dispositivos. A fragmentação na camada IP deve ser evitada ao máximo, especialmente em dispositivos intermediários no enlace.
Data da publicação: 07/08/2025
