¿Qué es MTU (unidad de transmisión máxima)?

¿Qué es MTU?

En las redes, la unidad de transmisión máxima (MTU) es una medida que representa el tamaño máximo de los paquetes de datos que un dispositivo conectado a una red aceptará. Imagina que fuera el límite de altura para pasos subterráneos o túneles de una autovía: los coches y los camiones que exceden el límite de altura no pueden pasar, igual que los paquetes que exceden la MTU de una red no pueden atravesarla.

Sin embargo, a diferencia de los coches y camiones, los paquetes de datos que superan la MTU se dividen en partes menores para poder pasar. Ese proceso se llama fragmentación. Los paquetes fragmentados vuelven a ensamblarse cuando llegan a su destino.

La MTU se mide en bytes: un "byte" equivale a 8 bits de información, esto es, 8 unos y ceros. La medida máxima de MTU es 1500 bytes

¿Qué es un paquete?

Todos los datos enviados a través de Internet se dividen en partes de menor tamaño que se llaman paquetes. Por ejemplo, cuando se envía una página web desde un servidor web al ordenador de un usuario, los datos que componen la página web viajan a través de Internet como series de paquetes. Los paquetes luego se vuelven a ensamblar en la página original completa en el ordenador.

Los paquetes de datos tienen dos partes principales: el encabezado y la carga útil. El encabezado contiene información sobre las direcciones de origen y de destino del paquete, mientras que la carga útil son los contenidos del paquete propiamente dichos. El encabezado puede compararse con la etiqueta del paquete y la carga útil con el contenido. (A diferencia de los paquetes de mensajería, los paquetes de Internet tienen varios encabezados adjuntados por diferentes protocolos de red).

La MTU se usa casi siempre en referencia a los paquetes de capa 3* o los paquetes que usan el protocolo de Internet (IP). La MTU mide el paquete completo, incluidos los encabezados y la carga útil. Entre ellos, se incluyen los encabezados de IP y TCP (protocolo de control de transmisión), que normalmente añaden hasta 40 bytes de longitud.

*El modelo OSI divide las funciones que conforman Internet en 7 capas; la capa 3 es la capa de red, en la que se realiza el enrutamiento.

¿Cuándo se fragmentan los paquetes?

Cuando dos dispositivos informáticos inician una conexión y empiezan a intercambiar paquetes, estos se enrutan a través de múltiples redes. No solo hay que tener en cuenta la MTU de los dos dispositivos al final de cada comunicación, sino también todos los enrutadores, conmutadores y servidores intermedios. Los paquetes que exceden la MTU en cualquier punto de la ruta de red se fragmentan.

Supongamos que el servidor A y el ordenador A están conectados, pero los paquetes de datos que se envían mutuamente tienen que atravesar los enrutadores B y C. El servidor A, el ordenador A y el enrutador B tienen todos una MTU de 1500 bytes. Sin embargo, el enrutador C tiene una MTU de 1400 bytes. Si el servidor A y el ordenador A no detectan la MTU del enrutador C y envían paquetes de 1500 bytes, el enrutador B fragmentará todos sus paquetes de datos en tránsito.

La fragmentación añade un cierto grado de latencia e ineficiencia a las comunicaciones de red, por lo que debe evitarse si es posible. (El equipamiento de red anticuado puede ser vulnerable a los ataques de denegación de servicio que se aprovechan de la fragmentación, como el ataque "ping de la muerte").

¿Cómo funciona la fragmentación?

Todos los enrutadores de red comprueban el tamaño de cada uno de los paquetes de IP que reciben según la MTU del siguiente enrutador que recibirá el paquete. Si el paquete excede la MTU del siguiente enrutador, el anterior dividirá la carga útil en dos o más paquetes, cada uno con su propio encabezado.

Cada nuevo paquete tiene un encabezado copiado del paquete original (para que todos los paquetes tengan las direcciones IP originales de fuente y destino) con algunos cambios importantes. El enrutador edita ciertos campos en el encabezado IP para indicar que los paquetes están fragmentados y deben volver a ensamblarse, cuántos paquetes hay y en qué orden se envían.

Imagina una empresa de mensajería a cargo de un paquete que excede los límites de peso de uno de sus almacenes. En lugar de rechazar el envío del paquete, la empresa divide sus contenidos en tres paquetes de menor tamaño. También duplica la etiqueta de envío de cada uno de los paquetes y añade una nota que indica que cada paquete forma parte de una serie que debe llegar toda junta: el primer paquete es 1 de 3, el segundo es 2 de 3, etc. (Esta práctica en una empresa de mensajería supondría atentar contra la intimidad, así que no puede darse en el mundo real).

¿Cuándo no es posible la fragmentación?

En algunos casos, los paquetes no pueden fragmentarse, por lo que no se enviarán si superan la MTU de algún enrutador o dispositivo en la ruta de red:

1. La fragmentación no se permite en IPv6. IPv6 es la última versión del protocolo de Internet, aunque IPv4 sigue usándose mucho. Los enrutadores compatibles con IPv6 anularán los paquetes IPv6 que excedan la MTU, porque no pueden fragmentarse.
2. La fragmentación tampoco es posible cuando la marca "No fragmentar" está activada en el encabezado IP del paquete.

¿Qué es la marca "No fragmentar" en un encabezado IP?

El encabezado IP puede compararse con un formulario que los consumidores rellenan cuando envían un paquete. El formulario indica la dirección de origen, de destino, cuándo debe entregarse el paquete y otras instrucciones especiales para los encargados de la entrega.

La marca "No fragmentar" es una instrucción especial para los enrutadores, una opción que se puede seleccionar en el "formulario" de un encabezado IP. Cuando la marca está activada, el paquete adjunto no puede fragmentarse.

Cualquier enrutador que reciba el paquete analizará el encabezado y comprobará si aparece la marca No fragmentar. Si la marca está activada y el paquete excede la MTU, el enrutador anula el paquete en lugar de fragmentarlo.

Además de anular el paquete, el enrutador envía un mensaje ICMP al origen del paquete. Un mensaje ICMP es un pequeño paquete de datos que envía una actualización de estado. En este caso, esencialmente dice "Este enrutador o dispositivo no ha podido enviar estos paquetes porque son demasiado grandes y no pueden fragmentarse".

¿Qué es el descubrimiento de MTU de la ruta de acceso?

El descubrimiento de MTU de la ruta de acceso, o PMTUD, es el proceso de descubrir la MTU de todos los dispositivos, enrutadores y conmutadores en una ruta de red. Si el ordenador A y el servidor A del ejemplo anterior usaran PMTUD, identificarían los requisitos de MTU del enrutador B y adecuarían el tamaño de su paquete para evitar la fragmentación.

El funcionamiento de PMTU varía ligeramente dependiendo de si los dispositivos conectados usan IPv4 o IPv6:

IPv4: IPv4 permite la fragmentación y por lo tanto incluye la marca "No fragmentar" en el encabezado IP. En IPv4, PMTUD envía paquetes de prueba a lo largo de la ruta de red con la marca "No fragmentar" activada. Si algún enrutador o dispositivo en la ruta anula el paquete, envía un mensaje ICMP con su MTU. El dispositivo de origen disminutye su MTU y envía otro paquete de prueba. El proceso se repite hasta que los paquetes son suficientemente pequeños para atravesar la ruta de red completa sin anularse.

IPv6: en IPv6, que no permite la fragmentación, PMTUD funciona de manera similar en muchos aspectos. La diferencia principal es que los encabezados de IPv6 no tienen la opción "No fragmentar", por lo que no aparece la marca. Los enrutadores que admiten IPv6 no fragmentarán estos paquetes. Si los paquetes de prueba exceden la MTU, los enrutadores los anulan y envían los mensajes ICMP correspondientes sin comprobar si hay una marca de "No fragmentar". PMTUD en IPv6 envía paquetes de prueba cada vez más pequeños hasta que estos puedan atravesar la ruta de red completa, como en IPv4.

¿Qué es MSS?

MSS hace referencia al tamaño de segmento máximo. El protocolo TCP usa MSS en la capa 4 de Internet, la capa de transporte, en lugar de la capa 3. El MSS se refiere solamente al tamaño de la carga útil de cada paquete. Se calcula restando la longitud de los encabezados TCP e IP de la MTU.

Mientras que los paquetes que exceden la MTU de un enrutador se fragmentan o anulan, los que superan el MSS se anulan siempre.

Para aprender más sobre MTU y MSS, consulta ¿Qué es MSS?