MTU是什么

MTU是網絡調節的重要因素，通過調節MTU能夠達到優化網絡傳輸性能的效果。本文主要介紹了MTU的概念、MTU的作用、MTU在網絡傳輸中的具體表現，并結合應用場景分析了MTU設置時需要注意的要點。

發布時間：2022-11-25
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1 MTU的概念

MTU，全稱為Maximum Transmission Unit，即最大傳輸單元，它是數據鏈路層的概念，指以太網數據通信時，鏈路層上一次性允許通過或轉發的數據幀的最大尺寸。MTU通常與通信接口關聯，即同一設備的不同接收/轉發接口的MTU值可能不同。MTU值一般以字節為單位，常見結構和字節占比如下圖所示。

圖1-1 以太網報文結構

MTU的定義在不同的廠商之間存在一些差異，主要有如下幾種定義：

(1) 方式一：MTU = IP Header + 有效數據載荷（IP Payload），例如在銳捷網絡的部分設備中均采用此類定義；

(2) 方式二：MTU = IP Header + 有效數據載荷（IP Payload） + 以太網幀頭（14byte），例如在Cisco的部分設備中即采用此類定義；

(3) 方式三：MTU = IP Header + 有效數據載荷（IP Payload） + 以太網幀頭（14byte） + CRC校驗（4byte），例如在Juniper的部分設備上即采用了此類定義。

由于MTU限制了鏈路層一次性轉發的數據幀尺寸，當數據包尺寸大于接收端MTU值時，就需要對數據包進行拆分傳輸，或者直接丟棄。拆分傳輸的過程也稱為分片，即在網絡層將數據包分解為若干個尺寸小于或等于MTU值的小的數據包，每個分片數據包都會帶有一個IP報頭，這些被拆分后的小的數據包稱為數據碎片。在拆分傳輸完成后，需要對各數據碎片進行重組，通過各分片IP報頭中的標識位、偏移量信息，能夠唯一標識特定數據包的特定數據碎片，然后即可按序完成數據包重組。但是，分片和重組過程會增加額外的資源消耗，加重網絡傳輸的負擔。

2 MTU的作用和具體表現

MTU值決定了網絡中一次性傳輸的數據量大小，如果MTU設置的過大，意味著所能一次性傳輸的數據包中的有效數據占比更大，通信效率更高，但同時也會加大傳輸延時和出錯概率，降低傳輸可靠性，傳輸出錯后重傳還會耗費較大的網絡資源。如果MTU設置的過小，對于較大尺寸數據包需要進行分片處理，增加數據包處理量，且分片和重組過程還會增加額外的資源消耗，加重網絡傳輸的負擔。因此，對于不同場景，設置合適的MTU值，能夠達到提高網絡傳輸性能的效果。

數據轉發時MTU取值不同，數據轉發表現也不同，主要有以下三種場景：

(1) MTU值大于所轉發數據包大小

設備能夠直接轉發數據包，而不需要分片。此時，假設MTU設置為6000，則在不分片情況下，若采用方式一的MTU定義，則允許轉發的IP數據包尺寸最大為60018byte，假設鏈路帶寬為10Mbps，則傳送一幀數據最大可能耗時如下（不考慮其它時間消耗）：

60018 / （10 * 2^20）≈0.005s

即傳輸一幀數據需要獨占帶寬5ms，在此期間其它進程無法發送數據，影響網絡流暢性。若是在鏈路帶寬更低情況下，發送一幀數據占用的時間會更大，網絡流暢性會受到更大影響；若是在鏈路帶寬較高時，這種影響則會相對較小。因此，根據實際情況合理設置MTU，能夠優化網絡傳輸性能。

(2) MTU值小于所轉發數據包大小且允許分片

設備對數據包進行拆分并轉發。此時，若MTU為一個較小的值100，采用方式一的MTU定義。假設傳送一個尺寸大于1018byte的IP數據包，需要對數據包進行分片處理，分片方式如下圖所示。

圖2-1 IP數據包分片方式示意圖

拆分后的每個數據碎片中都會攜帶一個IP報文頭部（20byte），用于標識數據碎片所屬數據包及在數據包中的位置。因此，對于拆分前的數據包來說，在不考慮傳送多個數據包帶來的時間消耗外，對于單個分片來說，其傳輸效率為：

（100 – 20）/100 = 0.8

多傳送的IP報文頭部會降低傳送效率，MTU設置越小，傳輸效率越低。因此，通過調整MTU值，可以改善數據傳輸效率。

(3) MTU值小于所轉發數據包大小，且設置禁止分片。

設備直接丟棄數據包，不轉發。此時，若想正常傳送數據包，就需要上調MTU值。

此外，MTU的設置還會影響網絡中PMTU和TCP MSS的值的大小：

(1) PMTU

PMTU全稱為Path Maximum Transmission Unit，即路徑MTU。對于一條IP路徑，其MTU值是指在不分片情況下路徑上所能傳輸的最大數據包尺寸，等于該路徑上的最小MTU值，所以PMTU的值由路徑上所有MTU共同決定。通過MTU間接改變PMTU值，就能夠有效避免分片重組，提高網絡帶寬的利用率。

(2) TCP MSS

MSS全稱為Maximum Segment Size，即最大報文段長度，是指一個TCP報文的數據載荷的最大長度。為了達到最佳的傳輸性能，對接雙方會在TCP建立連接時進行MSS協商，而TCP MSS的值則依賴于MTU計算得到，計算方式如下：

TCP MSS = 對端接口的IP MTU – IP報文頭（20byte） – TCP報文頭（20byte）

圖2-2 以太網報文中TCP MSS定義示意圖

不同廠商對設備上實際生效的TCP MSS值的設置存在差異。例如，在銳捷網絡的設備中允許用戶手動設置TCP MSS值，同時，為了降低人為設置的風險，設置實際生效的TCP MSS是從根據MTU計算得到的MSS和用戶配置的TCP MSS中取較小值。

3 MTU設置

MTU設置時，首先需要確認設備是否允許分片。若設備不允許分片，則需要確保MTU值大于所需傳送的數據包尺寸，否則數據包會被丟棄。若設備支持分片，為了盡量避免因分片帶來的資源消耗，MTU設置的基本原則為：對接兩臺設備的MTU值應保持同步，同時根據網絡帶寬進行設置，即網絡帶寬高，則可增大MTU值，若網絡帶寬較低，為保證數據傳輸流暢性，MTU設置值不宜太高。此外，還需要考慮其它因素或場景的影響。

(1) 對于MTU值，一般設備的默認值往往是比較合適的設置。不同鏈路介質類型的網絡有不同的默認MTU值，下表中為一些常見網絡的默認MTU值。

表3-1 各類網絡默認MTU值

網絡類型	MTU（byte）
以太網	1500
IEEE 802.4	8166
IEEE 802.3	1492
FDDI	4352
Token Ring（16Mbps）	17914
Token Ring（4Mbps）	4464
X2.5	576
PPP	296

(2) 對接設備間MTU定義方式不同或報文攜帶標簽

●對接雙方廠商不同時，MTU定義方式可能存在差異，因此，需要保證雙方MTU定義重合部分保持一致。例如，銳捷網絡的設備（采用方式一定義）與Cisco設備（采用方式二定義）對接時，若銳捷網絡的設備MTU設置為1450，則對接的Cisco設備MTU值應設置為1464。

●數據幀中攜帶Tag的情況，例如在MPLS網絡中，數據包會增加MPLS Tag，且Tag所占字節也計入MTU中，所以在設置MTU時還需要考慮Tag所占的字節大小。

(3) 交換、路由等網絡設備的MTU設置

對于普通的交換、路由設備，默認MTU值通常是比較合適的值，一般為1500byte。對于骨干網、城域網、接入網等網絡中的大型網絡設備，其數據吞吐量較大，數據轉發要求也較高，一般能夠支持9000byte以上的最大傳輸量，因此，在對接雙方硬件支持條件下，MTU應設置盡量大。

(4) 多種業務混合使用場景下設備MTU設置

多種業務混合使用時，MTU設置需要綜合考慮業務應用和帶寬大小。如果其中一種業務的實時性要求較高且數據長度較小，如語音傳輸，而另一種業務的數據對實時性要求不高，但數據長度較大占用比較大的帶寬資源，如FTP數據傳輸。此時，將MTU設置得比較小，將有利于不同業務數據對于帶寬的平均分配。

(5) 設備廠商對于MTU設置的限制

對于一些設備，廠商可能會對MTU的配置提供一些特殊限制或設置，需要參考廠商提供的產品配套資料中的提示進行配置。例如，在銳捷網絡的交換機上，需要注意以下幾點：

●設備允許配置系統MTU和接口MTU。配置系統MTU時，設備會自動更新所有以太網口的MTU值，但不覆蓋已經配置接口MTU的設置；配置接口MTU值時，MTU值需要小于或等于其實際物理接口配置的MTU值，否則會導致長度超過物理接口MTU的數據包被丟棄。

●在同一物理網段上的設備，其互連接口的IP MTU必須保持一致，否則可能出現數據無法傳輸的問題。

●在進行大吞吐量數據交換時，設備還支持調高MTU以處理大于以太網標準幀長（1500 byte）的數據幀，即Jumbo幀，在提高網絡吞吐率，降低設備CPU負擔的同時，也能保證數據的正常接收和處理。

4 總結

對于MTU值，一般默認值是比較合理的設置，但在一些如游戲卡機、網頁部分打不開、大文檔發送不了等由MTU設置問題導致網絡性能變差或有特殊數據傳輸需求的場景下，默認MTU值可能無法滿足需求，此時可以通過修改MTU值來改善網絡傳輸性能。在設置MTU時，除了要考慮對接的對象及自身設備所允許的MTU設置范圍，還需要綜合考慮網絡帶寬、廠商特殊設定、應用場景等因素，避免因聯動關系導致出現新的網絡問題。

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