تقطيع (شبكات)
نظرة عامة

بحسب نموذج الاتصال المعياري، تتكون وحدة بيانات البروتوكول في كل طبقة من حمولة وترويسة، والتقطيع هو تقسيم الحمولة في بعض طبقات النموذج، إلى قطعتين أو أكثر بحيث تُشكّل كل قطعة حمولة لوحدة بيانات بروتوكول أصغر من وحدة البيانات الأصلية التي تمّ تقطيعُها. يحصل التقطيع في الطبقات الرابعة والثالثة والثانية والأولى من النموذج، وتحدد البروتوكولات التي تعمل في هذه الطبقات قيمًا مُميزة لكل طبقة، تُستخدم كعتبة لتحديد متى يحصل التقطيع، فإذا كان طول وحدة بيانات البروتوكول أكبر من قيمة العتبة كان التقطيع إلزاميًّا.
إذا كان بروتوكول النقل المستعمل يدعم التقطيع، فإنّ التقطيع في طبقة النقل لا يحصل إلا في المُضيف المصدر فقط، وهو يهدف إلى إنشاء وحدات بيانات بروتوكول ذات طول أقصر من طول الوحدة الأصلية. لإنجاز التقطيع في هذه الطبقة، يتمّ اعتبار كل ما ورد من الطبقة الأعلى حمولة، ويجري تقسيمها إلى قطع، ثُم تُغلّف القطع بترويسة البروتوكول لتُنتج وحدات بيانات بروتوكول طبقة النقل. يدعم بروتوكول التحكم بالنقل عملية التقطيع، وتسمى وحدة بيانات البروتوكول الناتجة عن تغليف أقسام الحمولة السابقة بترويسات البروتوكول قطعة (بالإنجليزية: Segment)‏، أمّا بروتوكول حزم بيانات المستخدم فهو لا يدعم التقطيع، ويُغلّف الحمولة بإضافة ترويسته لها كما وردت، دون تقطيعها، وتسمى وحدة بيانات البروتوكول الناتجة حزمة البيانات (بالإنجليزية: Datagram)‏. وفي الحالتين يتم تمرير وحدات بيانات البروتوكول الناتجة إلى طبقة الشبكة.
التقطيع هو وظيفة أساسية لبروتوكولات الشبكة، وهو يحصل بعد اتخاذ قرار التوجيه لوحدة بيانات البروتوكول، والتي تُسمى رزمة بيانات في هذه الطبقة، وقد يكون في المُضيف المصدر الذي ولد الرزمة أو في أحد المُوجّهات على المسار، أو في كليهما. تتحدد عملية تقطيع رزمة البيانات بمقارنة طول الرزمة مع وحدة التقل العظمى لطبقة الشبكة، يحصل التقطيع إذا كان طول الرزمة أكبر من قيمة وحدة النقل العظمى، وهو يهدف إلى إنشاء رزم بيانات ذات طول أصغر من الرزمة الأصلية. يُمكن أن يحصل التقطيع أكثر من مرة على طول المسار لحين وصول الرزمة إلى وجهتها، ويُسمّى حينها بالتقطيع المُتعدد. لا يتمّ تجميع قطع الرزمة إلا في المُضيف الوجهة، والسبب في ذلك أن القطع قد لا تسلك نفس المسار، وبالتالي لن تمر عبر نفس المُوجّهات في طريقها للمضيف الوجهة. تمرر طبقة الشبكة رزم البيانات إلى طبقة ربط البيانات.
يُمكن أن يحصل التقطيع في طبقة ربط البيانات، إما لإنتاج أطر بيانات ذات طول أصغر، أو كجزء من آلية التقطيع والتوزيع في طبقة الربط (بالإنجليزية: Link Fragmentation and Interleaving اختصاراً LFI)‏. يحصل التقطيع إذا كانت طول وحدة بيانات البروتوكول في طبقة ربط البيانات، ويسمى إطار البيانات، أكبر من قيمة وحدة النقل العظمى للطبقة. بعض بروتوكولات الربط لا يقوم بالتقطيع في هذه الطبقة، مثل الإيثرنت، ولكنه يحدد قيمة لوحدة النقل العظمى، ويجب على بروتوكول الشبكة أن يلتزم بها. تفرض بعض بروتوكولات الربط قيمة أعظمية محدودة بشكلٍ مُفرط لوحدة النقل العظمى، مثل بروتوكول الشبكات الشخصية اللاسلكية منخفضة المُعدّل  الذي يُحدد طول إطار البيانات الأعظمي ليكون 127 بايت فقط. وقد يحصل التقطيع في الطبقة المادية، ولا يكون الهدف منه تقسيم وحدة بيانات البروتوكول إلى قطع أصغر، بل تحسين الوصول إلى وسط الاتصال المادي.
برتبط التقطيع بعملية التغليف بشكلٍ وثيق، ويُسبب التقطيع زيادة في الطول الإجمالي للبيانات، والسبب في هذه الزيادة هو الترويسات المُضافة للقطع أثناء تغليفها، فإذا كانت وحدة بيانات البروتوكول الأصليّة ذات طول ما مثلًا ( {{\text{X}}_{}}) بايت، ناتج عن حمولة بطول ( {{\text{Y}}_{}}) بايت وترويسة بطول ( {{\text{Z}}_{}}) بايت حيث ( {{\text{X=Y+Z}}_{}})، فإنّ تقطيع قسم الحمولة إلى ثلاث قطع أطوالها ( {{\text{Y1,Y2,Y3}}_{}}) بايت بالترتيب، وإضافة ترويسة الطبقة بطول ( {{\text{Z}}_{}}) بايت لكل قطعة، سيسبب زيادة في الطول الإجمالي للبيانات، لتبيان هذه الزيادة، يُمكن التعبير عن وحدات بيانات البروتوكول الناتجة عن التقطيع بالثلاثيات ( {{\text{X1,Y1,Z}}_{}}) و ( {{\text{X2,Y2,Z}}_{}}) و ( {{\text{X3,Y3,Z}}_{}}) على الترتيب. ويكون مجموع أطوال الحمولة في القطع مُساويًا لطول الحمولة في القطعة الأصلية، أي:
أمّا الطول الإجمالي، أي مجموع أطوال كل الترويسات والحمولات، فهو يزداد بمقدار ترويستين أي ( {{\text{2Z}}_{}}) بايت في هذه الحالة، ويُمكن التعبير عن هذه الزيادة بشكلٍ عام بالطريقة التالية:
بالنسبة للبروتوكول الذي يقوم بالتقطيع كإحدى وظائف الطبقة، هناك نمطين للتقطيع، بحسب توافر إمكانية تجميع الرزمة الأصلية، الأول هو التقطيع المرئي أو الملحوظ بالنسبة للبروتوكول (بالإنجليزية: Transparent Fragmentation)‏، وفيه يدرك البروتوكول عملية حصول التقطيع في أي نقطة في الشبكة، ونتيجة لذلك، يكون بإمكانه إعادة تجميع القطع ثم بناء حمولة الوحدة الأصلية، والثاني هو التقطيع غير المرئي أو غير الملحوظ بالنسبة للبروتوكول (بالإنجليزية: Non-Transparent Fragmentation)‏ وفيه لا يمكن للبروتوكول أن يعيد تجميع القطع إلا في وجهتها النهائية.
عند استخدام بروتوكول التحكم بالنقل كبروتوكول نقل في الشبكة، فإن فقدان قطعة واحدة من مجموعة القطع التي نتجت عن تقطيع رزمة البيانات الأصليّة سيسبب إعادة إرسال كل القطع مرة أخرى، والسبب في ذلك أن المُضيف الوجهة لا يكون قادرًا على تجميع الرزمة ما لم تصل كُل قطعها، وبالتالي لن يقوم بإرسال إشعار لتأكيد الاستلام. نتيجة لذلك، في مصدر الرزمة الأصليّة، سيسبب غياب إشعار الاستلام إعادة إرسال نسخة من الرزمة الأصلية كاملة، وستمر النسخة بنفس المراحل التي مرت فيها الرزمة الأصلية، أي سيتم تقطيعها وإرسال كل القطع عبر الشبكة مرة أخرى، على الرغم من أن ما فقد هو قطعة واحدة فقط وليس كامل الرزمة.
في بعض الحالات، قد يسبب استقبال حركة بيانات مكونة من عدد كبير من القطع من رزم بيانات مختلفة لا يمكن تجميعها امتلاء الذاكرة المخصصة لحفظ القطع، وقد يكون ذلك وسيلة لبدء هجوم ينتمي لعائلة من الهجمات التي تعتمد على حصول التقطيع في الشبكة، وقد تهدف إلى محاولة تجاوز نظام كشف التسلل مثلًا. فالتقطيع في طبقة الشبكة يسبب ثغرة أمنية، لأن ترويسة بروتوكول طبقة النقل التي تحتوي أرقام المنافذ لن تُوجد إلا في القطعة الأولى فقط، ويمكن أن يعتمد المهاجمون على غياب ترويسة بروتوكول النقل في باقي القطع لإطلاق هجوم يُعرف باسم بهجوم القطعة الصغيرة (بالإنجليزية: Tiny Segment Attack)‏  أو قد يكون الهجوم شكلًا من أشكال هجوم حجب الخدمة، من خلال محاولة ملء الذاكرة المخصصة لعملية التجميع أو استهلاك حدة المعالجة المركزية بشكلٍ مُفرط.
يسبب الاعتماد على التقطيع العديد من المشاكل في الشبكة، فمثلًا يجب تجميع كل أجزاء الرزمة الأصلية قبل التمكن من استعادتها، ويسبب هذا إرهاقًا لموارد المُضيف الوجهة، بالإضافة لمشكلة القطعة الأخيرة التي قد تكون ذات حجم صغير، ويسبب إرسالها عبر الشبكة استهلاكًا غير مرغوب لمورد الشبكة. وأخيرًا، في حال تقطيع رزم أو أطر البيانات فإنّ معلومات تخص بروتوكول الطبقات العليا، مثل أرقام المنافذ في طبقة النقل مثلًا لن تتواجد إلا في قطعة واحدة فقط، ما يعني أن جداران الحماية لا تستطيع أن تفحص هذه الرزم، ما يخلق بدوره ثغرة أمنية.