1. Introducción
El Protocolo de control de transmisión (TCP) es un protocolo útil para enviar archivos o mensajes a través de una red conectada. Cada archivo se divide en paquetes en la red de envío. Los paquetes se fusionan cuando llegan a la red receptora. El tamaño máximo de un paquete TCP es 64K (65535 bytes ). Normalmente, el tamaño del paquete está limitado por la Unidad de transmisión máxima (MTU) del recurso de red. La MTU es el tamaño máximo del límite de transferencia de datos establecido por el hardware de la red. El tamaño del paquete no debe exceder la MTU. En este tutorial, intentaremos explicar los conceptos detrás de estos términos y explorar varios aspectos de ellos.
2 conexiones TCP
Una conexión TCP utiliza TCP, uno de los protocolos principales del conjunto de protocolos de Internet que proporciona un protocolo de comunicación digital confiable. TCP recibe mensajes de recursos de red (como servidores, enrutadores, conmutadores), los divide en paquetes y los reenvía al recurso de red de destino. Casi todas las conexiones que involucran Internet usan conexiones TCP. Explicaremos más sobre cómo funcionan los paquetes en una sección posterior. Entendamos la comunicación TCP tomando como ejemplo la comunicación por correo electrónico:
Podemos ver en la figura anterior que un correo electrónico se procesa a través de las siete capas del modelo OSI. Cada nivel del servidor de origen se comunica con el nivel correspondiente del servidor de destino.
- Capa de aplicación : cuando enviamos un correo electrónico, el cliente de correo electrónico se comunica con el servidor de correo electrónico mediante el protocolo SMTP.
- La capa de presentación convierte nuestro correo a ASCII e imágenes.
- La capa de sesión establece y mantiene una conexión con el servidor de destino.
- La capa de transporte divide el mensaje en paquetes y agrega la información del puerto del servidor de origen y de destino.
- La capa de red define la ruta de enrutamiento de los paquetes de datos agregando la dirección IP correspondiente. Curiosamente, aunque cada paquete tiene el mismo destino, pueden tomar diferentes rutas de enrutamiento.
- Capa de enlace de datos Prepara los paquetes para la transmisión en Ethernet
- La capa física finalmente transmite tramas a través de una conexión física como cable LAN, WiFi o banda ancha.
El siguiente diagrama explica el proceso anterior:
Cuando el paquete llega a la capa física de la red de destino (Host2 en el diagrama anterior), cada capa del servidor de correo electrónico de destino procesa el paquete para recuperar los datos y mostrar nuestro correo electrónico en la bandeja de entrada de destino.
3 tramas y paquetes
El intercambio de datos digitales dentro de las redes informáticas utiliza tramas y paquetes. La diferencia clave entre trama y paquete es que una trama es una colección de bits en serie, mientras que un paquete son datos segmentados encapsulados en una trama. Un paquete es una sola unidad de datos dentro de la capa de red en el modelo OSI. Cada paquete generalmente consta de un encabezado y una carga útil. El encabezado tiene los puertos y las direcciones IP de los dispositivos de red de origen y destino. El contenido de datos o mensajes es la carga útil. Por ejemplo, cuando transferimos un archivo de imagen, el archivo se divide en varios paquetes. Estos paquetes contienen partes de la imagen, transmitidas por separado. El dispositivo de red receptor vuelve a conectar estos paquetes para reconstruir el archivo de imagen. Finalmente, se fusionan para recuperar el mismo archivo de imagen:
Los paquetes contienen información para dirigirlos a su destino y verificar los errores de transmisión y la integridad de los datos . La segmentación eficiente de los datos ayuda a las redes a administrar diferentes parámetros de red, como el ancho de banda, el enrutamiento y la conectividad del dispositivo.
4 ¿Por qué importa el tamaño del paquete?
La tasa de pérdida de paquetes depende del tamaño del paquete. Cuanto más grande sea el paquete, mayor será la posibilidad de pérdida .
El tamaño del paquete tiene diferentes efectos en los parámetros de la red de comunicación, como la tasa de pérdida de paquetes y el rendimiento.
Tenemos que mantener el tamaño del paquete por debajo de MTU para un mejor rendimiento de la conexión TCP.
El tamaño máximo del paquete debe estar entre 1500 bytes (banda ancha) y 576 bytes (acceso telefónico). El enrutador puede obtener la MTU de la conexión de destino a partir de la información de configuración de la interfaz.
4.1 Ventajas
Las ventajas de la comunicación TCP basada en paquetes son las siguientes:
- Uso efectivo del ancho de banda de la red.
- Utilice tamaños de paquetes variables de acuerdo con los estándares de comunicación.
- Cada paquete se transmite de forma independiente según la mejor ruta de red.
- No se requiere un canal dedicado para enrutar paquetes, pero se utiliza cualquier ruta de red disponible para llegar a la red de destino.
- Configure el tamaño del paquete usando las capacidades de su sistema operativo.
- El tamaño de paquete pequeño puede proporcionar una mejor latencia de red
4.2 Desventajas Las desventajas de las conexiones TCP basadas en paquetes son las siguientes:
- Configurar un tamaño de paquete superior a MTU puede causar fluctuaciones.
- Los tamaños de paquetes pequeños pueden resultar en transferencias lentas.
- El rendimiento se ve afectado cuando el tamaño máximo del paquete supera la MTU física de la red.
Un paquete no se puede fragmentar mientras el indicador No fragmentar (DF) está activo. Si el estado DF está inactivo, el enrutador puede dividir un paquete en varios fragmentos. El dispositivo de destino puede volver a conectar estos fragmentos más tarde. Devolverá los paquetes no fragmentados a la red de origen. Pv6: el enrutador no puede fragmentar el paquete y devolverlo a la red de origen.
5 Fragmentación de paquetes bajo diferentes MTU
Suponga que un dispositivo de origen que se comunica mediante TCP envía un paquete IP a través de la red. Este tamaño de paquete debe ser menor que la MTU de las redes de destino e intermedias . Este límite está determinado por la capa de enlace de datos de la red y la MTU del hardware. Entonces, ¿qué sucede si el paquete es más grande que la MTU de la red intermedia o el dispositivo de destino?
La respuesta es dividir ese paquete por la mitad, un proceso llamado fragmentación . Las piezas individuales se fragmentan y luego se vuelven a conectar en la red de destino para recuperar el paquete completo. Sin embargo, según el tipo de protocolo IP, como IPv4 e IPv6, puede ocurrir lo siguiente:
- IPv4: los paquetes no se pueden fragmentar cuando el indicador No fragmentar (DF) está activo. Si el estado DF está inactivo, el enrutador puede dividir un paquete en varios fragmentos. El dispositivo de destino puede volver a conectar estos fragmentos más tarde. Devolverá los paquetes no fragmentados a la red de origen.
- Pv6: el enrutador no puede fragmentar el paquete y devolverlo a la red de origen.
Veamos cómo funciona la fragmentación. El siguiente diagrama muestra un enlace de datos de origen o MTU de 1500 bytes y un MTU de destino de 1200 bytes. Teniendo en cuenta que se permite la fragmentación, un paquete de 1400 bytes se divide en 1200 bytes y 200 bytes:
¿Qué sucede con el paquete original durante la fragmentación?
Se descartan y los datos que contienen se fragmentan.
5.1 Ventajas
- reducir los gastos generales
- No se requiere sobrecarga de Path MTU Discovery (PMTUD).
5.2 Desventajas
- La pérdida de un fragmento puede requerir el reenvío del paquete y el reinicio de la fragmentación.
- Solo el primer fragmento contiene el encabezado, lo que puede causar problemas con los dispositivos que dependen de la verificación del encabezado.
- Es posible que sea necesario reordenar los fragmentos, especialmente si solo se fragmentan unos pocos paquetes.
6. La importancia de la MTU
MTU es una unidad que representa el tamaño máximo de un paquete de datos que un recurso de red puede aceptar efectivamente. Es el parámetro más importante que deben conocer otras redes a la hora de establecer una conexión TCP. Una MTU más grande permite que se transmitan más datos en menos paquetes, lo que mejora la velocidad de transferencia y el rendimiento. Sin embargo, si ocurre un error de comunicación, los paquetes tardan más en retransmitirse. Una MTU más pequeña mejora la latencia de la red.
7. Conclusión
Este artículo describe el tamaño máximo de paquete para las conexiones TCP. Primero, discutimos el concepto de tamaño de paquete. Luego hablamos sobre la importancia de conocer el tamaño del paquete. La información sobre el tamaño del paquete de una conexión TCP es útil para comprender el rendimiento de la conexión TCP. En resumen, la red de origen debe asegurarse de que el tamaño del paquete no supere la MTU de la red de destino.