Introduction
Nous connaissons tous le principe de classification et de non-classification du protocole IP et son application aux communications réseau. La fragmentation et le réassemblage IP constituent un mécanisme clé du processus de transmission des paquets. Lorsqu'un paquet dépasse la limite de l'unité de transmission maximale (MTU) d'une liaison réseau, la fragmentation IP le divise en plusieurs fragments plus petits. Ces fragments sont transmis indépendamment sur le réseau et, à leur arrivée à destination, ils sont réassemblés en paquets complets par le mécanisme de réassemblage IP. Ce processus de fragmentation et de réassemblage garantit la transmission de paquets volumineux sur le réseau tout en assurant l'intégrité et la fiabilité des données. Dans cette section, nous examinerons plus en détail le fonctionnement de la fragmentation et du réassemblage IP.
Fragmentation et réassemblage de la propriété intellectuelle
Les liaisons de données diffèrent par leur unité de transmission maximale (MTU) ; par exemple, la liaison FDDI a une MTU de 4 352 octets et la liaison Ethernet une MTU de 1 500 octets. MTU signifie « unité de transmission maximale » et désigne la taille maximale des paquets pouvant être transmis sur le réseau.
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) est une norme de réseau local (LAN) haut débit utilisant la fibre optique comme support de transmission. L'unité de transmission maximale (MTU) correspond à la taille maximale des paquets pouvant être transmis par un protocole de couche liaison de données. Dans les réseaux FDDI, la MTU est de 4 352 octets. Cela signifie que la taille maximale des paquets transmissibles par le protocole de couche liaison de données dans un réseau FDDI est de 4 352 octets. Si un paquet à transmettre dépasse cette taille, il doit être fragmenté en plusieurs fragments dont la taille est adaptée à la MTU, puis réassemblé à la réception.
Pour Ethernet, la MTU (Unité de Transmission Maximale) est généralement de 1 500 octets. Cela signifie qu'Ethernet peut transmettre des paquets d'une taille maximale de 1 500 octets. Si la taille d'un paquet dépasse la limite de la MTU, il est fragmenté en plusieurs fragments plus petits pour la transmission, puis réassemblé à destination. Seul l'hôte de destination effectue le réassemblage du datagramme IP fragmenté ; le routeur n'intervient pas dans cette opération.
Nous avons déjà évoqué les segments TCP, mais MSS signifie « Taille maximale de segment » et joue un rôle essentiel dans le protocole TCP. La MSS correspond à la taille maximale des segments de données pouvant être envoyés dans une connexion TCP. À l'instar de l'unité de transmission maximale (MTU), la MSS sert à limiter la taille des paquets, mais au niveau de la couche transport, c'est-à-dire la couche protocole TCP. Le protocole TCP transmet les données de la couche application en les divisant en plusieurs segments, dont la taille est limitée par la MSS.
La MTU de chaque liaison de données est différente car chaque type de liaison est utilisé à des fins différentes. Selon l'usage prévu, différentes MTU peuvent être prises en charge.
Supposons que l'émetteur souhaite envoyer un datagramme volumineux de 4 000 octets sur une liaison Ethernet. Ce datagramme doit donc être divisé en trois datagrammes plus petits. En effet, la taille de chaque datagramme ne peut excéder la limite MTU (Unité de Transmission Maximale), qui est de 1 500 octets. Après réception des trois datagrammes, le récepteur les réassemble pour reconstituer le datagramme original de 4 000 octets, en se basant sur le numéro de séquence et le décalage de chaque datagramme.
Lors d'une transmission fragmentée, la perte d'un fragment invalide l'intégralité du datagramme IP. Pour éviter cela, TCP a introduit le MSS (Segmentation Multi-Segmentation), où la fragmentation est effectuée au niveau TCP et non au niveau IP. L'avantage de cette approche est que TCP contrôle plus précisément la taille de chaque segment, ce qui permet d'éviter les problèmes liés à la fragmentation au niveau IP.
Pour le protocole UDP, il est préférable de ne pas envoyer de paquets de données dépassant la MTU. En effet, UDP est un protocole de transport sans connexion, qui ne propose pas de mécanismes de fiabilité et de retransmission comme TCP. Si un paquet UDP dépasse la MTU, il sera fragmenté par la couche IP pour la transmission. La perte d'un fragment empêche toute retransmission, entraînant ainsi une perte de données. Par conséquent, pour garantir une transmission fiable des données, il est essentiel de limiter la taille des paquets UDP à la MTU et d'éviter la fragmentation.
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Pourquoi le protocole IP et le protocole TCP sont-ils fragmentés ?
Étant donné que, lors de la transmission sur le réseau, la couche IP fragmente automatiquement le paquet de données, même si la couche TCP ne le fait pas, le paquet sera automatiquement fragmenté par la couche IP et transmis normalement. Dès lors, pourquoi TCP a-t-il besoin de fragmentation ? N'est-ce pas superflu ?
Supposons qu'un paquet volumineux, non segmenté au niveau TCP, soit perdu lors de son transfert ; TCP le retransmettra, mais dans son intégralité (bien que la couche IP divise les données en paquets plus petits, chacun ayant une longueur MTU). En effet, la couche IP ne se préoccupe pas de la fiabilité de la transmission des données.
Autrement dit, sur la liaison entre une machine et le réseau, si la couche transport fragmente les données, la couche IP ne les fragmente pas. Si la fragmentation n'est pas effectuée au niveau de la couche transport, elle est possible au niveau de la couche IP.
En termes simples, TCP segmente les données afin que la couche IP ne soit plus fragmentée. Ainsi, lors des retransmissions, seules de petites portions des données fragmentées sont retransmises. De cette manière, l'efficacité et la fiabilité de la transmission sont améliorées.
Si le protocole TCP est fragmenté, la couche IP ne l'est-elle pas ?
Dans la discussion précédente, nous avons mentionné qu'après la fragmentation TCP à l'émetteur, aucune fragmentation n'a lieu au niveau de la couche IP. Cependant, d'autres équipements de la couche réseau, présents tout au long de la liaison de transport, peuvent avoir une unité de transmission maximale (MTU) inférieure à celle de l'émetteur. Par conséquent, même si le paquet a été fragmenté à l'émetteur, il est à nouveau fragmenté lors de son passage à travers la couche IP de ces équipements. Finalement, tous les fragments sont assemblés chez le destinataire.
Si l'on peut déterminer la MTU minimale sur l'ensemble de la liaison et envoyer des données de cette longueur, aucune fragmentation ne se produira, quel que soit le nœud destinataire. Cette MTU minimale est appelée MTU de chemin (PMTU). Lorsqu'un paquet IP arrive à un routeur, si la MTU de ce dernier est inférieure à la longueur du paquet et que l'indicateur DF (Ne pas fragmenter) est activé (valeur 1), le routeur ne peut pas fragmenter le paquet et le supprime. Dans ce cas, il génère un message d'erreur ICMP (Internet Control Message Protocol) intitulé « Fragmentation nécessaire, mais DF activé ». Ce message d'erreur est renvoyé à l'adresse source avec la valeur de la MTU du routeur. À la réception de ce message, l'expéditeur peut ajuster la taille du paquet en fonction de la valeur de la MTU afin d'éviter toute nouvelle fragmentation.
La fragmentation IP est inévitable et doit être évitée au niveau de la couche IP, notamment sur les équipements intermédiaires de la liaison. C'est pourquoi, en IPv6, la fragmentation des paquets IP par les équipements intermédiaires est interdite ; elle ne peut être effectuée qu'au début et à la fin de la liaison.
Notions de base sur l'IPv6
L'IPv6 est la sixième version du protocole Internet, succédant à l'IPv4. L'IPv6 utilise des adresses IP de 128 bits, ce qui permet d'attribuer davantage d'adresses IP que l'IPv4 et ses 32 bits. En effet, l'espace d'adressage IPv4 étant progressivement saturé, celui de l'IPv6 est très vaste et peut répondre aux besoins futurs d'Internet.
Lorsqu'on parle d'IPv6, outre un espace d'adressage plus important, il apporte également une meilleure sécurité et une meilleure évolutivité, ce qui signifie qu'IPv6 peut offrir une meilleure expérience réseau par rapport à IPv4.
Bien que l'IPv6 existe depuis longtemps, son déploiement mondial reste relativement lent. Cela s'explique principalement par la nécessité d'assurer sa compatibilité avec le réseau IPv4 existant, ce qui implique des transitions et des migrations. Cependant, face à l'épuisement des adresses IPv4 et à la demande croissante d'IPv6, de plus en plus de fournisseurs d'accès à Internet et d'organisations adoptent progressivement l'IPv6 et mettent en œuvre un fonctionnement à double pile (IPv6 et IPv4).
Résumé
Dans ce chapitre, nous avons examiné en détail le fonctionnement de la fragmentation et du réassemblage IP. Les liaisons de données possèdent des unités de transmission maximales (MTU) différentes. Lorsqu'un paquet dépasse la limite de MTU, la fragmentation IP le divise en plusieurs fragments plus petits pour la transmission, puis les réassemble en un paquet complet grâce au mécanisme de réassemblage IP une fois arrivé à destination. L'objectif de la fragmentation TCP est d'éviter la fragmentation au niveau de la couche IP et de ne retransmettre que les données fragmentées lors d'une retransmission, améliorant ainsi l'efficacité et la fiabilité de la transmission. Cependant, d'autres équipements de la couche réseau, situés tout au long de la liaison, peuvent avoir une MTU inférieure à celle de l'émetteur. Le paquet sera donc à nouveau fragmenté au niveau de la couche IP de ces équipements. Il est essentiel d'éviter autant que possible la fragmentation au niveau de la couche IP, en particulier sur les équipements intermédiaires de la liaison.
Date de publication : 7 août 2025
