Introduction
Nous connaissons tous le principe de classification et de non-classification d'IP et son application aux communications réseau. La fragmentation et le réassemblage IP sont un mécanisme clé de la transmission des paquets. Lorsque la taille d'un paquet dépasse la limite d'unité de transmission maximale (MTU) d'une liaison réseau, la fragmentation IP le divise en plusieurs fragments plus petits pour la transmission. 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 garantissant 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 différentes liaisons de données ont des unités de transmission maximales (MTU) différentes ; par exemple, la liaison FDDI a une MTU de 4 352 octets et la MTU Ethernet de 1 500 octets. MTU signifie « Maximum Transmission Unit » 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 taille de la MTU est de 4 352 octets. Cela signifie que la taille maximale des paquets pouvant être transmis par le protocole de couche liaison de données dans un réseau FDDI est de 4 352 octets. Si le paquet à transmettre dépasse cette taille, il doit être fragmenté afin de le diviser en plusieurs fragments adaptés à la taille de la MTU pour la transmission et le réassemblage au niveau du récepteur.
Pour Ethernet, la MTU est généralement de 1 500 octets. Cela signifie qu'Ethernet peut transmettre des paquets jusqu'à 1 500 octets. Si la taille du paquet dépasse la limite de MTU, il est fragmenté en fragments plus petits pour la transmission, puis réassemblé à destination. Le réassemblage du datagramme IP fragmenté ne peut être effectué que par l'hôte de destination, et le routeur n'effectuera pas cette opération.
Nous avons également évoqué les segments TCP précédemment, mais MSS (Maximum Segment Size) joue un rôle important dans le protocole TCP. MSS désigne la taille maximale du segment de données pouvant être envoyé lors d'une connexion TCP. Similaire au MTU, MSS permet de limiter la taille des paquets, mais au niveau de la couche transport, 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 le MSS.
La MTU de chaque liaison de données est différente, car chaque type de liaison de données est utilisé à des fins différentes. Selon l'usage prévu, différentes MTU peuvent être hébergées.
Supposons que l'expéditeur souhaite transmettre un datagramme volumineux de 4 000 octets via une liaison Ethernet. Ce datagramme doit donc être divisé en trois datagrammes plus petits. En effet, la taille de chaque petit datagramme ne peut excéder la limite MTU, fixée à 1 500 octets. Après réception des trois petits datagrammes, le récepteur les réassemble pour obtenir le datagramme initial de 4 000 octets, en fonction du numéro de séquence et du décalage de chaque datagramme.
Lors d'une transmission fragmentée, la perte d'un fragment invalide l'intégralité du datagramme IP. Pour éviter ce problème, TCP a introduit le MSS, où la fragmentation est effectuée au niveau de la couche TCP plutôt qu'au niveau de la couche IP. L'avantage de cette approche est que TCP contrôle plus précisément la taille de chaque segment, évitant ainsi les problèmes liés à la fragmentation au niveau de la couche IP.
Pour UDP, nous veillons à ne pas envoyer de paquets de données dont la taille dépasse la MTU. En effet, UDP est un protocole de transport sans connexion, qui ne fournit pas de mécanismes de fiabilité et de retransmission comme TCP. Si nous envoyons un paquet de données UDP dont la taille dépasse la MTU, il sera fragmenté par la couche IP lors de la transmission. Si l'un des fragments est perdu, le protocole UDP ne peut pas retransmettre, ce qui entraîne une perte de données. Par conséquent, afin de garantir une transmission fiable des données, nous devons essayer de contrôler la taille des paquets de données UDP dans la MTU et d'éviter une transmission fragmentée.
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Pourquoi IP est fragmenté et TCP est fragmenté ?
Étant donné que lors de la transmission réseau, la couche IP fragmente automatiquement le paquet de données, même si la couche TCP ne segmente pas les données, le paquet sera automatiquement fragmenté par la couche IP et transmis normalement. Alors, pourquoi la fragmentation est-elle nécessaire pour TCP ? N'est-ce pas excessif ?
Supposons qu'un gros paquet ne soit pas segmenté au niveau de la couche TCP et soit perdu en transit ; TCP le retransmettra, mais uniquement 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 soucie pas de la fiabilité de la transmission des données.
En d'autres termes, sur la liaison transport-réseau d'une machine, 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. Lors des retransmissions, seules de petites portions des données fragmentées sont retransmises. L'efficacité et la fiabilité de la transmission sont ainsi améliorées.
Si TCP est fragmenté, la couche IP n’est-elle pas fragmentée ?
Dans la discussion précédente, nous avons mentionné qu'après la fragmentation TCP au niveau de l'expéditeur, il n'y a plus de fragmentation au niveau de la couche IP. Cependant, d'autres périphériques de la couche réseau, tout au long de la liaison de transport, peuvent avoir une unité de transmission maximale (MTU) inférieure à celle de l'expéditeur. Par conséquent, même si le paquet a été fragmenté au niveau de l'expéditeur, il l'est à nouveau lors de son passage au niveau de la couche IP de ces périphériques. Finalement, tous les fragments seront assemblés au niveau du récepteur.
Si nous pouvons déterminer la MTU minimale sur l'ensemble de la liaison et envoyer des données à cette longueur, aucune fragmentation ne se produira, quel que soit le nœud auquel les données sont transmises. Cette MTU minimale sur l'ensemble de la liaison est appelée MTU du chemin (PMTU). Lorsqu'un paquet IP arrive à un routeur, si la MTU du routeur est inférieure à la longueur du paquet et que l'indicateur DF (Ne pas fragmenter) est défini sur 1, le routeur ne peut pas fragmenter le paquet et ne peut que le rejeter. Dans ce cas, le routeur génère un message d'erreur ICMP (Internet Control Message Protocol) appelé « Fragmentation Needed But DF Set ». Ce message d'erreur ICMP est renvoyé à l'adresse source avec la valeur MTU du routeur. Lorsque l'expéditeur reçoit le message d'erreur ICMP, il peut ajuster la taille du paquet en fonction de la valeur MTU afin d'éviter à nouveau une fragmentation interdite.
La fragmentation IP est une nécessité et doit être évitée au niveau de la couche IP, en particulier sur les périphériques intermédiaires de la liaison. Par conséquent, dans IPv6, la fragmentation des paquets IP par les périphériques intermédiaires est interdite, et elle ne peut être effectuée qu'au début et à la fin de la liaison.
Compréhension de base d'IPv6
IPv6 est la version 6 du protocole Internet (IP), successeur d'IPv4. IPv6 utilise une longueur d'adresse de 128 bits, ce qui permet de fournir davantage d'adresses IP que les 32 bits d'IPv4. En effet, l'espace d'adressage IPv4 s'épuise progressivement, tandis que l'espace d'adressage IPv6 est très vaste et peut répondre aux besoins de l'Internet du futur.
Lorsqu'on parle d'IPv6, en plus d'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 qu'IPv6 existe depuis longtemps, son déploiement mondial reste relativement lent. Cela s'explique principalement par la nécessité d'une compatibilité avec le réseau IPv4 existant, ce qui nécessite une transition et une migration. Cependant, face à l'épuisement des adresses IPv4 et à la demande croissante d'IPv6, de plus en plus de fournisseurs d'accès Internet et d'organisations adoptent progressivement IPv6 et mettent progressivement en œuvre le fonctionnement en double pile IPv6-IPv4.
Résumé
Dans ce chapitre, nous avons approfondi le fonctionnement de la fragmentation et du réassemblage IP. Chaque liaison de données possède une unité de transmission maximale (MTU) différente. Lorsque la taille d'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 par le mécanisme de réassemblage IP une fois arrivé à destination. L'objectif de la fragmentation TCP est d'empêcher la fragmentation de la couche IP et de ne retransmettre que les petites données fragmentées lors de la retransmission, afin d'améliorer l'efficacité et la fiabilité de la transmission. Cependant, d'autres périphériques de la couche réseau, tout au long de la liaison de transport, 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 périphériques. La fragmentation au niveau de la couche IP doit être évitée autant que possible, en particulier sur les périphériques intermédiaires de la liaison.
Date de publication : 07/08/2025
