哈嘍大家好，我是咸魚
今天我們來聊聊計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的 MTU （Maximum Transmission Unit）
(資料圖片)
MTU（Maximum Transmission Unit）是指數(shù)據(jù)鏈路層中的最大傳輸單元
通俗點(diǎn)來講，MTU 是指數(shù)據(jù)鏈路層能夠傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)幀的大?。ㄒ宰止?jié)為單位）
以 CentOS 7 為例，可以通過 ifconfig命令來查看 MTU 值
我們知道，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)鏈路層中通常是以數(shù)據(jù)幀（Frame）的形式來傳輸
因?yàn)閭鬏數(shù)?Frame 不可能無限大（傳小的可以），那么一次傳多大的 Frame 最合適、最高效就成了一個(gè)需要考慮的問題
所以說我們要設(shè)定一個(gè)值（也就是 MTU），這個(gè)值用來限制 Frame 的大小
維基百科有這么一段話
Larger MTU is associated with reduced overhead. Smaller MTU values can reduce network delay.
由上面的話可以得出：
MTU越大，開銷越小
這句話是很容易理解的，更大的 Frame 意味著包含的有效數(shù)據(jù)也就更多
我一次能傳更多的數(shù)據(jù)了，那么傳輸次數(shù)就少了，在網(wǎng)絡(luò)上的開銷就變小了
較小的MTU值可以減少網(wǎng)絡(luò)延遲
這句話容易讓人引起困惑，為什么 MTU 值小能夠減少網(wǎng)絡(luò)延遲呢？
如果 MTU 設(shè)置的很大，意味著一次能傳更大的數(shù)據(jù)了，那占據(jù)鏈路的時(shí)間就會(huì)更長(zhǎng)，所以總體上網(wǎng)絡(luò)延遲就會(huì)變大
而且如果一大段數(shù)據(jù)里面有一個(gè) bit 出錯(cuò)了，這一大段就會(huì)整個(gè)重傳，重傳的代價(jià)是很大的
那么 MTU 設(shè)置成多少合適呢？
為什么 MTU 的值是 1500？RFC 標(biāo)準(zhǔn)定義以太網(wǎng)的默認(rèn) MTU 值為 1500，為什么是 1500 ？
這是一個(gè)歷史遺留問題
早期的以太網(wǎng)使用共享鏈路的工作方式，為了保證 CSMA/CD（載波多路復(fù)用/沖突檢測(cè)）機(jī)制，規(guī)定了以太幀長(zhǎng)度最小為 64 字節(jié)，最大為 1518 字節(jié)
最小 64 字節(jié)是為了保證最極端的沖突能被檢測(cè)到，64 字節(jié)是能被檢測(cè)到的最小值
最大不超過 1518 字節(jié)是為了防止過長(zhǎng)的幀傳輸時(shí)間過長(zhǎng)而占用共享鏈路太長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)致其他業(yè)務(wù)阻塞
所以說數(shù)據(jù)幀的最大長(zhǎng)度被限制為 1518 字節(jié)（包括幀頭、幀尾和CRC校驗(yàn)）
18 字節(jié)用于幀頭和幀尾，其中 CRC 校驗(yàn)占據(jù) 4 字節(jié)，剩下的 1500 字節(jié)就是最大數(shù)據(jù)載荷（Payload）
因此，1500 字節(jié)被定義為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)部分的最大長(zhǎng)度（MTU）
雖然技術(shù)不斷發(fā)展，但這個(gè)規(guī)定一直沒有更改
發(fā)送數(shù)據(jù)大小超過 MTU 怎么辦？以太網(wǎng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，速度已經(jīng)從最初的10M被提升到了上百G，速度提高了上萬(wàn)倍
在這樣高速度的傳輸數(shù)據(jù)中，如果還是延續(xù)經(jīng)典以太網(wǎng)的最大幀長(zhǎng)不超過1518 字節(jié)的限制，那么在每秒中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)將很大
于是一些廠商提出了巨型幀（Jumbo Frame）的概念，把以太網(wǎng)的最大幀長(zhǎng)擴(kuò)展到了9K
目前還沒有獲得 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的認(rèn)可，但是大多數(shù)的設(shè)備廠商都已經(jīng)開始支持
以太網(wǎng)的 MTU 默認(rèn)值是 1500，如果發(fā)送 Frame 小于 MTU（例如 1000 字節(jié)），直接傳輸就行
如果大于 MTU（4000 字節(jié)），那就需要進(jìn)行分片（Fragment）
即第一次發(fā)送 1500 字節(jié)（IP header 20 字節(jié) + Payload 1480 字節(jié)）
第二次發(fā)送 1500 字節(jié)（IP header 20 字節(jié) + Payload 1480 字節(jié)）
第三次 1000 字節(jié)（IP header 20 字節(jié) + Payload 980 字節(jié)）
可能有小伙伴問，那我傳的數(shù)據(jù)大小不夠數(shù)據(jù)幀規(guī)定的最小 64 字節(jié)怎么辦？
答案是：在實(shí)際數(shù)據(jù)內(nèi)容后面添加填充數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)包總長(zhǎng)度達(dá)到最小長(zhǎng)度要求。填充數(shù)據(jù)可以是任意無意義的字節(jié)，例如全 0 或全 1 的數(shù)據(jù)
如何保證發(fā)送的數(shù)據(jù)不超過 MTU ？前面我們知道，如果發(fā)送的數(shù)據(jù)大于 MTU，則就會(huì)進(jìn)行分片操作
要讓最終傳給數(shù)據(jù)鏈路層的 Frame 數(shù)據(jù)大小不超過 1500 bytes，就要保證上層中的每一層的數(shù)據(jù)都沒有超過這個(gè)大小
如果 MTU 是 1500，那么 IP 層就要保證 IP 層的 Packet 數(shù)據(jù)不超過 1480 bytes (1500 bytes – 20 bytes IP header),
對(duì)于 TCP 來說，它要保證每一個(gè) Segment 數(shù)據(jù)大小不超過 1460 bytes (1460 bytes – 20 TCP header)
以 TCP 層（傳輸層）為例子， TCP 層是怎么知道發(fā)送的數(shù)據(jù)不會(huì)超過 MTU 呢？
IP 層（網(wǎng)絡(luò)層）問數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)最大傳輸單元（ MTU ）是多少
TCP 層會(huì)問 IP 層數(shù)據(jù)最大傳輸大小（Maximum packet size）是多少
這樣 TCP 層就會(huì)知道自己的最大傳輸數(shù)據(jù)大小，叫做 MSS（Maximum segment size）
在 TCP 的握手階段，MSS（Maximum Segment Size）是用于指定TCP報(bào)文段中數(shù)據(jù)部分的最大長(zhǎng)度
對(duì)于 TCP 來說，知道自己的 MSS 沒有什么用
例如作為接收端來說，收到的包大小取決于發(fā)送端，得讓發(fā)送端知道自己的 MSS 才行
所以在建立 TCP 連接時(shí)，雙方需要協(xié)商一個(gè)合適的 MSS 值，以便在數(shù)據(jù)傳輸過程中進(jìn)行分片和重組
什么是 TSO前面我們介紹了什么是 MTU、MSS
如果你去抓一下包看看，你可能會(huì)遇到下面這種情況
明明協(xié)商了 MSS 為 1460 字節(jié)，為什么數(shù)據(jù)居然有一萬(wàn)多字節(jié)？
在建立 TCP 連接時(shí)，雙方需要協(xié)商一個(gè)合適的 MSS 值，以便在數(shù)據(jù)傳輸過程中進(jìn)行分片
但是這個(gè)分片過程往往是簡(jiǎn)單重復(fù)而且計(jì)算量比較大的，需要占用較多的 CPU 資源
所以網(wǎng)卡就會(huì)對(duì)內(nèi)核說：哥這種小事我來干就好了，不需要麻煩您
然后內(nèi)核就會(huì)把大包發(fā)給網(wǎng)卡，網(wǎng)卡來負(fù)責(zé)分片
這個(gè)叫做 TSO（TCP Segment Offload）
TSO（TCP Segmentation Offload）是一種網(wǎng)絡(luò)傳輸卸載技術(shù)，用于減輕主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包分段負(fù)擔(dān)，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能
我們?cè)谧グ臅r(shí)候看到是還在內(nèi)核里的包，后面網(wǎng)卡拆包的過程是看不到的
網(wǎng)卡不但能對(duì)發(fā)送的包進(jìn)行 offload，也可以對(duì)接收的包進(jìn)行 onload，簡(jiǎn)單來說就是網(wǎng)卡會(huì)先把一些小的包積攢下來，然后合起來發(fā)送給內(nèi)核
# 查看網(wǎng)卡上面是否開啟 TSO 功能# on 表示開啟[root@root~]# ethtool -k <網(wǎng)卡名稱>tcp-segmentation-offload: on tx-tcp-segmentation: on tx-tcp-ecn-segmentation: on tx-tcp6-segmentation: on tx-tcp-mangleid-segmentation: off
最后總結(jié)一下：
MTU 是指數(shù)據(jù)鏈路層能夠傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)幀的大?。ㄒ宰止?jié)為單位）。由于歷史原因，MTU 的值最小為 64 字節(jié)，最大為 1518 字節(jié)（Payload 則是 46~1500 字節(jié)）
如果發(fā)送的數(shù)據(jù)大于 MTU，則就會(huì)進(jìn)行分片操作；如果小于 MTU，就會(huì)在實(shí)際數(shù)據(jù)內(nèi)容后面添加填充數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)包總長(zhǎng)度達(dá)到最小長(zhǎng)度要求
MSS（Maximum Segment Size）是用于指定 TCP 報(bào)文段中數(shù)據(jù)部分的最大長(zhǎng)度。在建立 TCP 連接時(shí)，雙方需要協(xié)商一個(gè)合適的 MSS 值以便在數(shù)據(jù)傳輸過程中進(jìn)行分片和重組
TSO（TCP Segmentation Offload）是一種網(wǎng)絡(luò)傳輸卸載技術(shù)。TSO 技術(shù)將分片過程從 CPU 轉(zhuǎn)移到網(wǎng)卡上的專用硬件，網(wǎng)卡負(fù)責(zé)將應(yīng)用程序的大塊數(shù)據(jù)分段為適當(dāng)大小的數(shù)據(jù)包，并添加 TCP 首部，然后直接發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上
關(guān)鍵詞：
