MTU原理及相關(guān)問題分析

　　一、MTU的定義及相關(guān)概念：

　　Mtu即最大傳輸單元，全稱為Maximum Transmission Unit，是指通信協(xié)議的某一層上面所能通過的最大數(shù)據(jù)包大小(以字節(jié)為單位)。由于定義的模糊性，在此也介紹幾個(gè)相關(guān)的名詞，MRU、PMTU、MSS和JUMBO FRAME，供大家甄別。

　　二、MTU涉及主要原理：

　　1、常見網(wǎng)絡(luò)的MTU值：

　　IP網(wǎng)絡(luò)以包為單位進(jìn)行信息傳遞，那么，一次傳送多大的包合適、多大的包最高效就成為一個(gè)核心問題之一。MTU就是決定在什么樣的物理網(wǎng)絡(luò)傳送多大數(shù)據(jù)包大的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，不同類型網(wǎng)絡(luò)由于物理特性、發(fā)展階段不同，其MTU的默認(rèn)值也不盡相同，以下是摘錄的各類網(wǎng)絡(luò)及其默認(rèn)MTU值：

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　　對于windows操作系統(tǒng)來講，其以太網(wǎng)網(wǎng)卡MTU默認(rèn)為1500，但可以通過修改工具或修改注冊表進(jìn)行修改，但只能改小，不能改大，即只能修改為小于或等于1500字節(jié)。

　　2、PMTU 發(fā)現(xiàn)過程：

　　對于一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用來講，如果應(yīng)用穿過網(wǎng)絡(luò)的MTU與PMTU相等，那么應(yīng)用穿過網(wǎng)絡(luò)的效率最高，或者說，應(yīng)用通過主機(jī)網(wǎng)卡發(fā)出的最大數(shù)據(jù)包與PMTU越接近(指小于等于PMTU)，應(yīng)用穿過網(wǎng)絡(luò)的效率越高，原因是有效的避免了分片和重組。

　　為了達(dá)到這個(gè)目的，一些操作系統(tǒng)支持自動(dòng)發(fā)現(xiàn)路徑MTU的功能，具體過程為：

　　路由器接口上收到一個(gè)報(bào)文長度大于本接口MTU值的報(bào)文，如果該報(bào)文被打上不分片的標(biāo)記，將丟棄本報(bào)文，并且返回一個(gè)ICMP差錯(cuò)報(bào)文，通知報(bào)文發(fā)起者丟棄原因。報(bào)文發(fā)起者將發(fā)送比較小的報(bào)文。通過多次上述報(bào)文協(xié)商，將得到對于某一個(gè)固定路徑上的最小Mtu值，這個(gè)過程叫做“Mtu Discovery”[詳見RFC1191]。

　　了解了MTU發(fā)現(xiàn)的原理，舉一個(gè)實(shí)例驗(yàn)證PMTU變化過程：

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　　在上圖所示實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)中，由三層設(shè)備模擬PPPOE撥號，實(shí)現(xiàn)接入寬帶IP網(wǎng)。三層設(shè)備上行以太網(wǎng)口默認(rèn)MTU為1482字節(jié)。抓包結(jié)果顯示如下：

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　　將三層設(shè)備上行以太網(wǎng)口默認(rèn)MTU改為1000字節(jié)。抓包結(jié)果顯示如下：

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　　3、“PMTU”發(fā)現(xiàn)存在的問題：

　　由于互聯(lián)網(wǎng)上路由器或其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置的無法統(tǒng)一規(guī)范，某些運(yùn)營商或網(wǎng)站考慮到網(wǎng)絡(luò)安全和其它需要，有時(shí)會(huì)把ICMP報(bào)文過濾掉，此外，PMTU牽涉到主機(jī)、各類交換機(jī)、路由器、防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這些主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備沒有有效的手段實(shí)現(xiàn)PMTU的協(xié)商和交互,這樣Mtu Discovery不能正常運(yùn)行，影響應(yīng)用正常運(yùn)行，即實(shí)質(zhì)上目前沒有有效的手段來發(fā)現(xiàn)PMTU。

　　互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,遇到MTU發(fā)現(xiàn)報(bào)文或必須將IP包分片但DF設(shè)置為1時(shí)，路由器可采用以下任一種方式(從網(wǎng)上摘錄)：

　　發(fā)送符合 RFC 792 中最初定義的“ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息，然后丟棄該包。原始消息格式中不包含有關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)失敗的鏈路的 IP MTU 的信息。(導(dǎo)致PMTU無法正常發(fā)現(xiàn))

　　? 發(fā)送符合 RFC 1191 中重新定義的“ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息，然后丟棄該包。此新消息格式包含一個(gè) MTU 字段，可指出轉(zhuǎn)發(fā)失敗的鏈路的 IP MTU。(PMTU可能會(huì)正常發(fā)現(xiàn))

　　RFC 1191 定義了路徑 MTU (PMTU) 發(fā)現(xiàn)，它使得源和目的 TCP 對等方能夠動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)二者之間路徑的IP MTU，從而發(fā)現(xiàn)該路徑的 TCP MSS。一旦收到符合 RFC 1191 定義的“Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息，TCP 就會(huì)將該連接的 MSS 調(diào)整為指定 IP MTU 減去 TCP 和 IP 報(bào)頭的大小。這樣，在該 TCP 連接上發(fā)送的后續(xù)包就不會(huì)超過最大大小，無需分段即可在該路徑上傳輸。

　　直接丟棄包。直接丟棄需分段但 DF 標(biāo)記設(shè)置為 1 的包的路由器稱為 PMTU 黑洞路由器。

　　總之，PMTU的不可發(fā)現(xiàn)性，導(dǎo)致因MTU問題引起的應(yīng)用系統(tǒng)無法正常運(yùn)行情況時(shí)有發(fā)生。