Εισαγωγή
Όλοι γνωρίζουμε την αρχή της ταξινόμησης και της μη ταξινόμησης του IP και την εφαρμογή της στην επικοινωνία δικτύου. Ο κατακερματισμός και η επανασυναρμολόγηση του IP είναι ένας βασικός μηχανισμός στη διαδικασία μετάδοσης πακέτων. Όταν το μέγεθος ενός πακέτου υπερβαίνει το όριο μέγιστης μονάδας μετάδοσης (MTU) μιας σύνδεσης δικτύου, ο κατακερματισμός IP διασπά το πακέτο σε πολλά μικρότερα τμήματα για μετάδοση. Αυτά τα τμήματα μεταδίδονται ανεξάρτητα στο δίκτυο και, κατά την άφιξή τους στον προορισμό, επανασυναρμολογούνται σε ολοκληρωμένα πακέτα από τον μηχανισμό επανασυναρμολόγησης IP. Αυτή η διαδικασία κατακερματισμού και επανασυναρμολόγησης διασφαλίζει ότι τα πακέτα μεγάλου μεγέθους μπορούν να μεταδοθούν στο δίκτυο, διασφαλίζοντας παράλληλα την ακεραιότητα και την αξιοπιστία των δεδομένων. Σε αυτήν την ενότητα, θα εξετάσουμε σε βάθος τον τρόπο λειτουργίας του κατακερματισμού και της επανασυναρμολόγησης IP.
Κατακερματισμός και επανασυναρμολόγηση IP
Διαφορετικές συνδέσεις δεδομένων έχουν διαφορετικές μέγιστες μονάδες μετάδοσης (MTU). Για παράδειγμα, η σύνδεση δεδομένων FDDI έχει MTU 4352 byte και η MTU Ethernet 1500 byte. Το MTU σημαίνει Maximum Transmission Unit και αναφέρεται στο μέγιστο μέγεθος πακέτου που μπορεί να μεταδοθεί μέσω του δικτύου.
Το FDDI (Fiber Distributed Data Interface - Διεπαφή Κατανεμημένων Δεδομένων με Οπτικές Ινες) είναι ένα πρότυπο τοπικού δικτύου (LAN) υψηλής ταχύτητας που χρησιμοποιεί οπτικές ίνες ως μέσο μετάδοσης. Η Μέγιστη Μονάδα Μετάδοσης (MTU) είναι το μέγιστο μέγεθος πακέτου που μπορεί να μεταδοθεί από ένα πρωτόκολλο επιπέδου σύνδεσης δεδομένων. Στα δίκτυα FDDI, το μέγεθος της MTU είναι 4352 byte. Αυτό σημαίνει ότι το μέγιστο μέγεθος πακέτου που μπορεί να μεταδοθεί από το πρωτόκολλο επιπέδου σύνδεσης δεδομένων στο δίκτυο FDDI είναι 4352 byte. Εάν το πακέτο που πρόκειται να μεταδοθεί υπερβαίνει αυτό το μέγεθος, πρέπει να κατακερματιστεί για να χωριστεί σε πολλά τμήματα κατάλληλα για μέγεθος MTU για μετάδοση και επανασυναρμολόγηση στον δέκτη.
Για το Ethernet, η MTU έχει συνήθως μέγεθος 1500 byte. Αυτό σημαίνει ότι το Ethernet μπορεί να μεταδώσει πακέτα μεγέθους έως και 1500 byte. Εάν το μέγεθος του πακέτου υπερβαίνει το όριο MTU, τότε το πακέτο κατακερματίζεται σε μικρότερα τμήματα για μετάδοση και επανασυναρμολογείται στον προορισμό. Η επανασυναρμολόγηση του κατακερματισμένου IP datagram μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο από τον κεντρικό υπολογιστή προορισμού και ο δρομολογητής δεν θα εκτελέσει λειτουργία επανασυναρμολόγησης.
Μιλήσαμε επίσης για τα τμήματα TCP νωρίτερα, αλλά το MSS σημαίνει Μέγιστο Μέγεθος Τμήματος (Maximum Segment Size) και παίζει σημαντικό ρόλο στο πρωτόκολλο TCP. Το MSS αναφέρεται στο μέγεθος του μέγιστου τμήματος δεδομένων που επιτρέπεται να αποσταλεί σε μια σύνδεση TCP. Όπως και το MTU, το MSS χρησιμοποιείται για τον περιορισμό του μεγέθους των πακέτων, αλλά αυτό γίνεται στο επίπεδο μεταφοράς, το επίπεδο πρωτοκόλλου TCP. Το πρωτόκολλο TCP μεταδίδει τα δεδομένα του επιπέδου εφαρμογής διαιρώντας τα δεδομένα σε πολλαπλά τμήματα δεδομένων και το μέγεθος κάθε τμήματος δεδομένων περιορίζεται από το MSS.
Η MTU κάθε συνδέσμου δεδομένων είναι διαφορετική, επειδή κάθε διαφορετικός τύπος συνδέσμου δεδομένων χρησιμοποιείται για διαφορετικούς σκοπούς. Ανάλογα με τον σκοπό χρήσης, μπορούν να φιλοξενηθούν διαφορετικές MTU.
Ας υποθέσουμε ότι ο αποστολέας θέλει να στείλει ένα μεγάλο datagram 4000 byte για μετάδοση μέσω μιας σύνδεσης Ethernet, επομένως το datagram πρέπει να χωριστεί σε τρία μικρότερα datagrams για μετάδοση. Αυτό συμβαίνει επειδή το μέγεθος κάθε μικρού datagram δεν μπορεί να υπερβαίνει το όριο MTU, το οποίο είναι 1500 byte. Αφού λάβει τα τρία μικρά datagrams, ο δέκτης τα επανασυναρμολογεί στο αρχικό μεγάλο datagram 4000 byte με βάση τον αριθμό ακολουθίας και την μετατόπιση κάθε datagram.
Στην κατακερματισμένη μετάδοση, η απώλεια ενός τμήματος θα ακυρώσει ολόκληρο το IP datagram. Για να αποφευχθεί αυτό, το TCP εισήγαγε το MSS, όπου ο κατακερματισμός γίνεται στο επίπεδο TCP αντί από το επίπεδο IP. Το πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι ότι το TCP έχει πιο ακριβή έλεγχο του μεγέθους κάθε τμήματος, γεγονός που αποφεύγει τα προβλήματα που σχετίζονται με τον κατακερματισμό στο επίπεδο IP.
Για το UDP, προσπαθούμε να μην στέλνουμε πακέτο δεδομένων μεγαλύτερο από το MTU. Αυτό συμβαίνει επειδή το UDP είναι ένα πρωτόκολλο μεταφοράς χωρίς σύνδεση, το οποίο δεν παρέχει αξιοπιστία και μηχανισμούς αναμετάδοσης όπως το TCP. Εάν στείλουμε ένα πακέτο δεδομένων UDP μεγαλύτερο από το MTU, θα κατακερματιστεί από το επίπεδο IP για μετάδοση. Μόλις χαθεί ένα από τα θραύσματα, το πρωτόκολλο UDP δεν μπορεί να αναμεταδώσει, με αποτέλεσμα την απώλεια δεδομένων. Επομένως, για να διασφαλίσουμε την αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων, θα πρέπει να προσπαθήσουμε να ελέγξουμε το μέγεθος των πακέτων δεδομένων UDP εντός του MTU και να αποφύγουμε την κατακερματισμένη μετάδοση.
Mylinking™ Διαμεσολαβητής Πακέτων ΔικτύουΜπορεί να αναγνωρίσει αυτόματα διάφορα είδη πρωτοκόλλου σήραγγας VxLAN/NVGRE/IPoverIP/MPLS/GRE, κ.λπ., μπορεί να προσδιοριστεί σύμφωνα με το προφίλ χρήστη σύμφωνα με τα εσωτερικά ή εξωτερικά χαρακτηριστικά της εξόδου ροής σήραγγας.
○ Μπορεί να αναγνωρίσει πακέτα ετικετών VLAN, QinQ και MPLS
○ Μπορεί να αναγνωρίσει το εσωτερικό και το εξωτερικό VLAN
○ Μπορούν να αναγνωριστούν πακέτα IPv4/IPv6
○ Μπορεί να αναγνωρίσει πακέτα σήραγγας VxLAN, NVGRE, GRE, IPoverIP, GENEVE, MPLS
○ Μπορούν να αναγνωριστούν πακέτα κατακερματισμού IP (Υποστηρίζεται η αναγνώριση κατακερματισμού IP και υποστηρίζεται η επανασυναρμολόγηση του κατακερματισμού IP, ώστε να εφαρμοστεί φιλτράρισμα χαρακτηριστικών L4 σε όλα τα πακέτα κατακερματισμού IP. Εφαρμόστε πολιτική εξόδου κίνησης.)
Γιατί είναι κατακερματισμένο το IP και το TCP;
Δεδομένου ότι κατά τη μετάδοση δικτύου, το επίπεδο IP θα κατακερματίσει αυτόματα το πακέτο δεδομένων, ακόμη και αν το επίπεδο TCP δεν κατακερματίσει τα δεδομένα, το πακέτο δεδομένων θα κατακερματιστεί αυτόματα από το επίπεδο IP και θα μεταδοθεί κανονικά. Γιατί λοιπόν το TCP χρειάζεται κατακερματισμό; Δεν είναι υπερβολή;
Ας υποθέσουμε ότι υπάρχει ένα μεγάλο πακέτο που δεν είναι τμηματοποιημένο στο επίπεδο TCP και χάνεται κατά τη μεταφορά. Το TCP θα το αναμεταδώσει, αλλά μόνο σε ολόκληρο το μεγάλο πακέτο (αν και το επίπεδο IP χωρίζει τα δεδομένα σε μικρότερα πακέτα, καθένα από τα οποία έχει μήκος MTU). Αυτό συμβαίνει επειδή το επίπεδο IP δεν ενδιαφέρεται για την αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων.
Με άλλα λόγια, στη σύνδεση μεταφοράς προς δίκτυο ενός μηχανήματος, εάν το επίπεδο μεταφοράς κατακερματίσει τα δεδομένα, το επίπεδο IP δεν τα κατακερματίζει. Εάν ο κατακερματισμός δεν εκτελείται στο επίπεδο μεταφοράς, ο κατακερματισμός είναι πιθανός στο επίπεδο IP.
Με απλά λόγια, το TCP τμηματοποιεί τα δεδομένα έτσι ώστε το επίπεδο IP να μην είναι πλέον κατακερματισμένο και, όταν πραγματοποιούνται αναμεταδόσεις, μόνο μικρά τμήματα των δεδομένων που έχουν κατακερματιστεί αναμεταδίδονται. Με αυτόν τον τρόπο, η αποτελεσματικότητα και η αξιοπιστία της μετάδοσης μπορούν να βελτιωθούν.
Εάν το TCP είναι κατακερματισμένο, δεν είναι κατακερματισμένο και το επίπεδο IP;
Στην παραπάνω συζήτηση, αναφέραμε ότι μετά τον κατακερματισμό του TCP στον αποστολέα, δεν υπάρχει κατακερματισμός στο επίπεδο IP. Ωστόσο, μπορεί να υπάρχουν άλλες συσκευές επιπέδου δικτύου σε όλη τη σύνδεση μεταφοράς που μπορεί να έχουν μέγιστη μονάδα μετάδοσης (MTU) μικρότερη από την MTU στον αποστολέα. Επομένως, παρόλο που το πακέτο έχει κατακερματιστεί στον αποστολέα, κατακερματίζεται ξανά καθώς διέρχεται από το επίπεδο IP αυτών των συσκευών. Τελικά, όλα τα θραύσματα θα συναρμολογηθούν στον δέκτη.
Εάν μπορούμε να προσδιορίσουμε την ελάχιστη MTU σε ολόκληρο τον σύνδεσμο και να στείλουμε δεδομένα σε αυτό το μήκος, δεν θα υπάρξει κατακερματισμός ανεξάρτητα από τον κόμβο στον οποίο μεταδίδονται τα δεδομένα. Αυτή η ελάχιστη MTU σε ολόκληρο τον σύνδεσμο ονομάζεται διαδρομή MTU (PMTU). Όταν ένα πακέτο IP φτάσει σε έναν δρομολογητή, εάν η MTU του δρομολογητή είναι μικρότερη από το μήκος του πακέτου και η σημαία DF (Do Not Fragment) έχει οριστεί σε 1, ο δρομολογητής δεν θα μπορεί να κατακερματίσει το πακέτο και μπορεί μόνο να το απορρίψει. Σε αυτήν την περίπτωση, ο δρομολογητής δημιουργεί ένα μήνυμα σφάλματος ICMP (Internet Control Message Protocol) που ονομάζεται "Fragmentation Needed But DF Set". Αυτό το μήνυμα σφάλματος ICMP θα σταλεί πίσω στην διεύθυνση προέλευσης με την τιμή MTU του δρομολογητή. Όταν ο αποστολέας λάβει το μήνυμα σφάλματος ICMP, μπορεί να προσαρμόσει το μέγεθος του πακέτου με βάση την τιμή MTU, προκειμένου να αποφύγει ξανά την απαγορευμένη κατάσταση κατακερματισμού.
Ο κατακερματισμός IP είναι απαραίτητος και θα πρέπει να αποφεύγεται στο επίπεδο IP, ειδικά σε ενδιάμεσες συσκευές στη σύνδεση. Επομένως, στο IPv6, ο κατακερματισμός των πακέτων IP από ενδιάμεσες συσκευές έχει απαγορευτεί και ο κατακερματισμός μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο στην αρχή και στο τέλος της σύνδεσης.
Βασική Κατανόηση του IPv6
Το IPv6 είναι η έκδοση 6 του Πρωτοκόλλου Διαδικτύου, το οποίο είναι ο διάδοχος του IPv4. Το IPv6 χρησιμοποιεί μήκος διεύθυνσης 128 bit, το οποίο μπορεί να παρέχει περισσότερες διευθύνσεις IP από το μήκος διεύθυνσης 32 bit του IPv4. Αυτό συμβαίνει επειδή ο χώρος διευθύνσεων IPv4 εξαντλείται σταδιακά, ενώ ο χώρος διευθύνσεων IPv6 είναι πολύ μεγάλος και μπορεί να καλύψει τις ανάγκες του μελλοντικού Διαδικτύου.
Όσον αφορά το IPv6, εκτός από τον μεγαλύτερο χώρο διευθύνσεων, προσφέρει επίσης καλύτερη ασφάλεια και επεκτασιμότητα, πράγμα που σημαίνει ότι το IPv6 μπορεί να προσφέρει καλύτερη εμπειρία δικτύου σε σύγκριση με το IPv4.
Παρόλο που το IPv6 υπάρχει εδώ και πολύ καιρό, η παγκόσμια ανάπτυξή του εξακολουθεί να είναι σχετικά αργή. Αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι το IPv6 πρέπει να είναι συμβατό με το υπάρχον δίκτυο IPv4, το οποίο απαιτεί μετάβαση και μετεγκατάσταση. Ωστόσο, με την εξάντληση των διευθύνσεων IPv4 και την αυξανόμενη ζήτηση για IPv6, όλο και περισσότεροι πάροχοι υπηρεσιών Διαδικτύου και οργανισμοί υιοθετούν σταδιακά το IPv6 και σταδιακά υλοποιούν τη λειτουργία διπλής στοίβας IPv6 και IPv4.
Περίληψη
Σε αυτό το κεφάλαιο, εξετάσαμε σε βάθος τον τρόπο λειτουργίας του κατακερματισμού και της επανασυναρμολόγησης IP. Διαφορετικοί σύνδεσμοι δεδομένων έχουν διαφορετική Μέγιστη Μονάδα Μετάδοσης (MTU). Όταν το μέγεθος ενός πακέτου υπερβαίνει το όριο MTU, ο κατακερματισμός IP διαιρεί το πακέτο σε πολλά μικρότερα τμήματα για μετάδοση και τα επανασυναρμολογεί σε ένα πλήρες πακέτο μέσω μηχανισμού επανασυναρμολόγησης IP μετά την άφιξή τους στον προορισμό. Ο σκοπός του κατακερματισμού TCP είναι να μην κατακερματίζεται πλέον το επίπεδο IP και να αναμεταδίδονται μόνο τα μικρά δεδομένα που έχουν κατακερματιστεί κατά την επαναμετάδοση, έτσι ώστε να βελτιωθεί η απόδοση και η αξιοπιστία της μετάδοσης. Ωστόσο, μπορεί να υπάρχουν άλλες συσκευές επιπέδου δικτύου σε όλη τη σύνδεση μεταφοράς των οποίων η MTU μπορεί να είναι μικρότερη από αυτή του αποστολέα, επομένως το πακέτο θα κατακερματιστεί ξανά στο επίπεδο IP αυτών των συσκευών. Ο κατακερματισμός στο επίπεδο IP θα πρέπει να αποφεύγεται όσο το δυνατόν περισσότερο, ειδικά σε ενδιάμεσες συσκευές στη σύνδεση.
Ώρα δημοσίευσης: 07 Αυγούστου 2025
