MTU 概念及检测

beyes

MTU
Maximum Transmission Unit
最大传输单元


是指一种通信协议的某一层上面所能通过的最大数据包大小（以字节为单位）。下表是不同网络的 MTU 值：

协议	MTU
超级通道(Hyperchannel)	65535
令牌环(16 Mbps)	17914
令牌环(4 Mbps)	4464
FDDI	4352
以太网	1500
X.25	576
PPP	296

如上所见，MTU 这个值通常与通信接口有关（网络接口卡、串口等）。

当数据包封装成帧时，数据包的长度必须小于 MTU 所指出的最大长度，这是由网络所使用的硬件和软件给出的限制所定义的：


下图是 ICMP 数据包结构图：


为了使 IP 协议与物理网络无关，协议的设计者决定让 IP 数据包的最大长度等于 65535 字节。如果使用这个数值的 MTU 协议时，传输会更加有效。但是对于一些物理网络，我们需要把数据分割，以使他们能够通过这些网络，这就叫做分片。分片工作在传输层进行，把数据划分成 IP 和在使用的数据链都可以接纳的大小。如果已经分片的数据报遇到了具有更小 MTU 的网络，那么这些已经分片的数据报还可以再进行分片。总之，数据报在到达最后终点之前可以经过多次的分片。

数据报可以被源主机或在其路径上的任何路由器进行分片。然而数据报的重装却只能在目的主机上进行，因为每一个分片都是独立的数据报。由于被分片的数据报可以各走不通的路由，因此我们永远无法控制或保证被分片的数据报应当走哪一条路径，而属于同一个数据报的所有数据报片应当最终到达目的主机。所以从逻辑上来讲，应当在最后终点进行重装。

检测 MTU
下面分别用 ping 命令在 Windows 上和 Linux 上测试 MTU 。

网关的 IP 为 192.168.1.1 ，那么在 Windows 下用 ping 命令去测试 MTU :

C:\Users\Administrator>ping -f -l 1473 192.168.1.1

正在 Ping 192.168.1.1 具有 1473 字节的数据:
需要拆分数据包但是设置 DF。
需要拆分数据包但是设置 DF。
需要拆分数据包但是设置 DF。
需要拆分数据包但是设置 DF。

192.168.1.1 的 Ping 统计信息:
    数据包: 已发送 = 4，已接收 = 0，丢失 = 4 (100% 丢失)，

在上面的命令中，-f 参数表示在数据包中设置”不分段“标志。这个不分段标志位于 IP 数据报的包头中。如果该标志被设立，那么数据包在超出 MTU 值时也不会被分片，因此会看到上面的提示，其意思是，“数据包要想通过，那么需要拆分数据包，但设置了 DF 标志造成数据包没法分片”。-l 参数表示发送缓冲区的大小，也就是上面“ICMP”数据包结构图中的“数据”部分。

现在，将上面的 1473 改为 1472 再继续测试：

C:\Users\Administrator>ping -f -l 1472 192.168.1.1

正在 Ping 192.168.1.1 具有 1472 字节的数据:
来自 192.168.1.1 的回复: 字节=1472 时间=1ms TTL=64
来自 192.168.1.1 的回复: 字节=1472 时间=1ms TTL=64
来自 192.168.1.1 的回复: 字节=1472 时间=1ms TTL=64
来自 192.168.1.1 的回复: 字节=1472 时间=1ms TTL=64

192.168.1.1 的 Ping 统计信息:
    数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
    最短 = 1ms，最长 = 1ms，平均 = 1ms

这下子可以通过了。那么问题是：为什么是 1472 这个值？它是如何计算得出？
由上面的表格知道，以太网的 MTU 值为 1500。一个 IP 数据包的包头占 20 个字节。在使用 ping 程序来模拟数据发送时，使用的是 ICMP 协议，而 ICMP 协议的包头是 8 个字节，因此有 1472 + 20 + 8 = 1500 。

在 Linux 下同样可以模拟上面的命令，使用方法是：

[beyes@beyes   ~]$ ping -c 4 -M do -s 1473 192.168.1.1
PING 192.168.1.1 (192.168.1.1) 1473(1501) bytes of data.
From 192.168.1.104 icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 1500)
From 192.168.1.104 icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 1500)
From 192.168.1.104 icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 1500)
From 192.168.1.104 icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 1500)

--- 192.168.1.1 ping statistics ---
0 packets transmitted, 0 received, +4 errors

上面命令中，-c 选项表示要发送多少次数据； -M 选项后跟 do 的作用和 Windows 里的 -f 参数一样的意思； -s 指定数据缓冲区大小。

下面再看一个例子：
比如我目前使用的是 TP LINK 的路由器，在路由器的内置里的 MTU 值为 1480 ：

同样用上面的方法 ping 一个外网的网站：

C:\Users\Administrator>ping -f -l 1453 184.22.140.27

正在 Ping 184.22.140.27 具有 1453 字节的数据:
需要拆分数据包但是设置 DF。

184.22.140.27 的 Ping 统计信息:
    数据包: 已发送 = 1，已接收 = 0，丢失 = 1 (100% 丢失)，
Control-C
^C
C:\Users\Administrator>ping -f -l 1452 184.22.140.27

正在 Ping 184.22.140.27 具有 1452 字节的数据:
来自 184.22.140.27 的回复: 字节=1452 时间=176ms TTL=52
来自 184.22.140.27 的回复: 字节=1452 时间=176ms TTL=52

184.22.140.27 的 Ping 统计信息:
    数据包: 已发送 = 2，已接收 = 2，丢失 = 0 (0% 丢失)，
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
    最短 = 176ms，最长 = 176ms，平均 = 176ms
Control-C
^C

从上面的 ping 结果同样可以计算到 1452 + 28 = 1480 ，该值符合路由器里的设置。