什么是MTU？为什么MTU值普遍都是1500？

2021-11-08 15:23:05 浏览数 (1)

什么是MTU

Maximum Transmission Unit，缩写MTU，中文名是：最大传输单元。

这是哪一层网络的概念？

从下面这个表格中可以看到，在7层网络协议中，MTU是数据链路层的概念。MTU限制的是数据链路层的payload，也就是上层协议的大小，例如IP，ICMP等。

OSI中的层

功能

TCP/IP协议族

应用层

文件传输，电子邮件，文件服务，虚拟终端

TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet

表示层

数据格式化，代码转换，数据加密

没有协议

会话层

解除或建立与别的接点的联系

没有协议

传输层

提供端对端的接口

TCP，UDP

网络层

为数据包选择路由

IP，ICMP，RIP，OSPF，BGP，IGMP

数据链路层

传输有地址的帧以及错误检测功能

SLIP，CSLIP，PPP，ARP，RARP，MTU

物理层

以二进制数据形式在物理媒体上传输数据

ISO2110，IEEE802，IEEE802.2

MTU有什么用？

举一个最简单的场景，你在家用自己的笔记本上网，用的是路由器，路由器连接电信网络，然后访问了www.baidu.com，从你的笔记本出发的一个以太网数据帧总共经过了以下路径：

代码语言：javascript复制
笔记本 -> 路由器 -> 电信机房 -> 服务器

其中，每个节点都有一个MTU值，如下：

代码语言：javascript复制
  1. 1500 1500 1500
  2. 笔记本 -> 路由器 -> 电信机房 -> 服务器

假设现在我把笔记本的MTU最大值设置成了1700，然后发送了一个超大的ip数据包（2000），这时候在以外网传输的时候会被拆成2个包，一个1700，一个300，然后加上头信息进行传输。

代码语言：javascript复制
  1. 1700 1500 1500
  2. 笔记本 -> 路由器 -> 电信机房 -> 服务器

路由器接收到了一个1700的帧，发现大于自己设置的最大值：1500，如果IP包DF标志位为1，也就是不允许分包，那么路由器直接就把这个包丢弃了，根本就不会到达电信机房，也就到不了服务器了，所以，到这里我们就会发现，MTU其实就是在每一个节点的管控值，只要是大于这个值的数据帧，要么选择分片，要么直接丢弃。

为什么是1500？

其实一个标准的以太网数据帧大小是：1518，头信息有14字节，尾部校验和FCS占了4字节，所以真正留给上层协议传输数据的大小就是：1518 - 14 - 4 = 1500，那么，1518这个值又是从哪里来的呢？

假设取一个更大的值

假设MTU值和IP数据包大小一致，一个IP数据包的大小是：65535，那么加上以太网帧头和为，一个以太网帧的大小就是：65535 14 4 = 65553，看起来似乎很完美，发送方也不需要拆包，接收方也不需要重组。

那么假设我们现在的带宽是：100Mbps，因为以太网帧是传输中的最小可识别单元，再往下就是0101所对应的光信号了，所以我们的一条带宽同时只能发送一个以太网帧。如果同时发送多个，那么对端就无法重组成一个以太网帧了，在100Mbps的带宽中（假设中间没有损耗），我们计算一下发送这一帧需要的时间：

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( 65553 * 8 ) / ( 100 * 1024 * 1024 ) ≈ 0.005(s)

在100M网络下传输一帧就需要5ms，也就是说这5ms其他进程发送不了任何数据。如果是早先的电话拨号，网速只有2M的情况下：

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( 65553 * 8 ) / ( 2 * 1024 * 1024 ) ≈ 0.100(s)

100ms，这简直是噩梦。其实这就像红绿灯，时间要设置合理，交替通行，不然同一个方向如果一直是绿灯，那么另一个方向就要堵成翔了。

既然大了不行，那设置小一点可以么？

假设MTU值设置为100，那么单个帧传输的时间，在2Mbps带宽下需要：

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( 100 * 8 ) / ( 2 * 1024 * 1024 ) * 1000 ≈ 5(ms)

时间上已经能接受了，问题在于，不管MTU设置为多少，以太网头帧尾大小是固定的，都是14 4，所以在MTU为100的时候，一个以太网帧的传输效率为：

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( 100 - 14 - 4 ) / 100 = 82%

写成公式就是：( T - 14 - 4 ) / T，当T趋于无穷大的时候，效率接近100%，也就是MTU的值越大，传输效率最高，但是基于上一点传输时间的问题，来个折中的选择吧，既然头加尾是18，那就凑个整来个1500，总大小就是1518，传输效率：

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1500 / 1518 =  98.8%

100Mbps传输时间：

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( 1518 * 8 ) / ( 100 * 1024 * 1024 ) * 1000 = 0.11(ms)

2Mbps传输时间：

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( 1518 * 8 ) / ( 2 * 1024 * 1024 ) * 1000 = 5.79(ms)

总体上时间都还能接受

最小值被限制在64

为什么是64呢？

这个其实和以太网帧在半双工下的碰撞有关，感兴趣的同学可以自行去搜索。

在我玩游戏的时候，为什么把MTU改成1480就不卡了？

路由器默认值大多都是1500，理论上是没有问题的，那为什么我玩游戏的时候改成1480才能流畅呢？原因在于当时我使用的是ADSL上网的方式，ADSL使用的PPPoE协议。

PPPoE

PPPoE协议介于以太网和IP之间，协议分为两部分，PPP( Point to Point Protocol )和oE( over Ethernet )，也就是以太网上的PPP协议，而PPPoE协议头信息为:

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| VER(4bit) | TYPE(4bit) | CODE(8bit) | SESSION-ID(16bit) | LENGTH(16bit) |

这里总共是48位，也就是6个字节，那么另外2个字节是什么呢？答案是PPP协议的ID号，占用两个字节，所以在PPPoE环境下，最佳MTU值应该是：1500 - 6 - 2 = 1492。

我的上网方式

当时我的上网路径如下：

代码语言：javascript复制
PC -> 路由器 -> 电信

我在路由器进行拨号，然后PC连接路由器进行上网。

最根本原因

问题就出在路由器拨号，如果是PC拨号，那么PC会进行PPPoE的封装，会按照MTU:1492来进行以太网帧的封装，即使通过路由器，路由器这时候也只是转发而已，不会进行拆包。

而当用路由器拨号时，PC并不知道路由器的通信方式，会以网卡的设置，默认1500的MTU来进行以太网帧的封装，到达路由器时，由于路由器需要进行PPPoE协议的封装，加上8字节的头信息，这样一来，就必须进行拆包，路由器把这一帧的内容拆成两帧发送，一帧是1492，一帧是8，然后分别加上PPPoE的头进行发送。

平时玩游戏不卡，是因为数据量路由器还处理得过来，而当进行群怪AOE的时候，由于短时间数据量过大，路由器处理不过来，就会发生丢包卡顿的情况，也就掉线了。

帖子里面提到的1480，猜测可能是尽量设小一点，避免二次拨号带来的又一次PPPoE的封装，因为时间久远，没办法回到当时的场景再去抓包了。

结论

1518这个值是考虑到传输效率以及传输时间而折中选择的一个值，并且由于目前网络链路中的节点太多，其中某个节点的MTU值如果和别的节点不一样，就很容易带来拆包重组的问题，甚至会导致无法发送。

tcp/ip网络

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