【小菜學網路】MTU

fasionchan發表於2021-03-03

不同的乙太網接入裝置，一幀能傳輸的資料量是有差異的。

普通的乙太網卡，一幀最多能夠傳輸 1500 位元組的資料；而某些虛擬裝置，傳輸能力要打些折扣。此外，鏈路層除了乙太網還有其他協議，這些協議中資料幀傳輸能力也有差異。

最大傳輸單元

如果待傳送的資料超過幀的最大承載能力，就需要先對資料進行分片，然後再通過若干個幀進行傳輸。

下面是一個典型例子，待傳送的資料總共 4000 位元組，假設乙太網裝置一幀最多隻能承載 1500 位元組。很明顯，資料需要劃分成 3 片，再通過 3 個幀進行傳送：

換句話講，我們需要知道接入裝置一幀最多能傳送多少資料。這個引數在網路領域被稱為 最大傳輸單元 ( maximum transmission unit )，簡稱 MTU 。MTU 描述鏈路層能夠傳輸的最大資料單元。

檢視、設定MTU

我們知道，在 Linux 系統可以用 ifconfig 或者 ip 這兩個命令來檢視網路卡資訊，其中包括 MTU 。

接下來，我們開啟 docker 進入 netbox 環境進行演示：

docker run --name netbox --rm -it --privileged --cap-add=NET_ADMIN --cap-add=SYS_ADMIN -v /data -h netbox fasionchan/netbox:0.5 bash /script/netbox.sh

先以 ifconfig 命令為例：

root@netbox [ ~ ]  ➜ ifconfig
eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.1.2  netmask 255.255.255.0  broadcast 0.0.0.0
        ether 5a:ff:7e:28:81:bc  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 24  bytes 2165 (2.1 KB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 27  bytes 2164 (2.1 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

ip 命令也可以，我們更推薦使用這個：

root@netbox [ ~ ]  ➜ ip link
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: tunl0@NONE: <NOARP> mtu 1480 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ipip 0.0.0.0 brd 0.0.0.0
3: ip6tnl0@NONE: <NOARP> mtu 1452 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/tunnel6 :: brd ::
6: eth0@if5: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 5a:ff:7e:28:81:bc brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0

我們可以用 ip 命令，來修改 eth0 的 MTU ， 以修改 eth0 網路卡 MTU 為例：

root@netbox [ ~ ]  ➜ ip link set eth0 mtu 68

不同的接入裝置，支援的 MTU 範圍不一樣。如果我們將 MTU 設定得太小，裝置將報錯：

root@netbox [ ~ ]  ➜ ip link set eth0 mtu 40
Error: mtu less than device minimum.

MTU 對傳送環節的影響

我們以兩臺用網線直接相連的主機作為實驗環境，來觀察網路卡 MTU 對傳送、接收乙太網幀的影響：

實驗環境同樣通過 docker 來啟動：

docker run --name mtu-lab --rm -it --privileged --cap-add=NET_ADMIN --cap-add=SYS_ADMIN -v /data -h mtu-lab fasionchan/netbox:0.5 bash /script/cable-lab.sh

我們將 ant 主機 eth0 網路卡的 MTU 設定成 68 ，發現資料大於 68 位元組的乙太網幀將無法傳送：

root@ant [ ~ ]  ➜ ip link set eth0 mtu 68
root@ant [ ~ ]  ➜ sendether -i eth0 -t 32:65:21:d3:01:2f -d 'hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!'
Fail to send ethernet frame: : Message too long

將 MTU 恢復為預設值 1500 以後，可以成功傳送：

root@ant [ ~ ]  ➜ ip link set eth0 mtu 1500
root@ant [ ~ ]  ➜ sendether -i eth0 -t 32:65:21:d3:01:2f -d 'hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!'

這就是 MTU 對傳送環節的影響：如果資料量大於 MTU ，則無法通過單個乙太網幀傳送出去，只能以 MTU 為單位對資料進行分片，再封裝成若干個幀進行傳送。

MTU 對接收環節的影響

那麼，MTU 對接收環節有什麼影響呢？

我們將 bee 主機 eth0 網路卡的 MTU 設定成 68 ，並啟動 tcpdump 進行抓包：

root@ant [ ~ ]  ➜ ip link set eth0 mtu 68
root@ant [ ~ ]  ➜ tcpdump -ni eth0

接著，我們在主機 ant 上，向主機 bee 傳送一個資料大於 68 位元組的乙太網幀：

root@ant [ ~ ]  ➜ sendether -i eth0 -t 32:65:21:d3:01:2f -d 'hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!hello, world!'

然而，主機 ant 上的 tcpdump 程式告訴我們，eth0 網路卡並沒有收到這個幀！由此可見，乙太網幀資料長度一旦大於接收裝置 MTU ，將被丟棄。

結論

  • 待傳送乙太網幀資料長度大於傳送裝置 MTU ，則無法傳送；
  • 待接收乙太網幀資料長度大於接收裝置 MTU ，則無法接收；

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