网络流量传输MTU解析

基本概念

1. 以太网的链路层对数据帧的长度会有一个限制，其最大值默认是1500字节，链路层的这个特性称为MTU，即最大传输单元

2. Maximum Transmission Unit，最大传输单元，指的是数据链路层的最大payload，由硬件网卡设置MTU，是一个硬性限制

以太网报文结构图

由图所示，数据链路层的有效数据，最小46byte，最大一般1500byte，这里的最大就是MTU，MTU表示网络层必须将发给网卡API的包 <= 1500byte，否则会被丢弃。

问题理解

MTU是链路层对网络层的限制，以太网链路的MTU默认是1500byte，意思是以太网数据链路层的有效数据payload的最大字节数不能超过1500，那这1500字节包含链路层的头部和尾部吗？

答：当然不包含！

有的以太网网卡配置了VLAN tag，通过此网卡的数据帧会携带VLAN tag，VLAN tag要算在链路层的payload里吗？或者可以说MTU = 1500里包含802.1Q的头部VLAN tag吗？

答：包含！

当网卡配置VLAN tag时，VLAN tag + Data <= MTU，有时VLAN tag不只有一个，可能是双标签，那这个VLAN tag就是8个字节。这时候的MTU如果还是1500，链路层的payload就不可能是1500了，怎么办？

答：可以把添加802.1Q的接口设置MTU=1504或1508

为什么要有MTU？
以太网最初对报文长度没有限制，网络层最大可以接收65535个字节，但是以太网对于长报文无法可靠地传输，而且丢失后重传也会占用大量的网络资源，而将报文限制在一定的长度，以太网可以将报文大概率传输到目的地，于是就有了MTU

合理的MTU会让我们获得更快的网速，MTU怎么设置更合理呢?

1、本地MTU值大于网络MTU值时，本地传输的数据包过大导致网络会拆包后传输，不但产生额外的数据包，而且消耗了“拆包、组包”的时间

2、本地MTU值小于网络MTU值时，本地传输的数据包可以直接传输，但是未能完全利用网络给予的数据包传输尺寸的上限值，传输能力未完全发挥

3、这样我们就知道，所谓合理的设置MTU值，就是让本地的MTU值与网络的MTU值一致，既能完整发挥传输性能，又不让数据包拆分。

IP分片

底层流量截获检测，这时需要重组包才能检测完成流量包

链路层的payload有MTU限制，意味着网络层下发到链路层的数据不能超过MTU，如果超过了，就需要在网络层分片，切成<=MTU的IP数据包。

网络层如果发现链路层的MTU小于IP包的大小（网络层可以调用函数获取链路层信息），也并不会立刻开始分片，还需要看IP包的是否允许分片位DF(Don’t Fragment)，如果允许分片，就会分成多个ID一样的IP包

主机的网络层可以分片，路由器的网络层也可以分片，也就是说路由器的网络接口也有MTU限制，就像木桶理论一样，木桶能装多少水取决于最短的那块，网络通信的路径上决定IP包大小的，取决于源主机、目的主机、路由器中MTU最小的那个

对于UDP包，如果MTU = 1500，那么udp payload最大值是多少，才可以不用分片？

答：MTU(1500) = IPHeader(20) + UDPHeader(8) + Data Data = 1500 -20 - 8 = 1472，如果UDP包的Data <= 1472个字节，UDP包(UDPHeader+Data)在网络层不用分片，直接封装上IPHeader发往链路层

如果UDP包的payload > 1472，那么UDP包(UDPHeader + Data)在网络层需要分片，如何分片？

答：网络层并不会在每个分片里复制一次UDP头，它是把完整的UDP包切开，加上IP头发送出去，除了第一个分片有UDP头，后面的分片都不包含UDP头

目的主机的网络层接收到多个UDP分片包后，网络层必须重组才能交给上层，为什么？

答：因为多个分片包只有第一个是有UDP头的，它可以根据UDP头里的端口号通知相应的应用取走，但是后面的分片包由于没有UDP头，传输层无法把分片包交给正确的应用程序。所以UDP分片包必须在网络层重组成一个完整的UDP包，交给传输层处理

网络层根据什么重组呢？还记得上面说的，分片的时候会分成多个ID一样的IP包吗？

答：如果某些分片包没有被目的主机的网络层接收到，造成UDP包重组失败，接收方会丢弃整个数据包，这是UDP不可靠传输的一个表现。而TCP发生组包错误时，该包会被重传，保证可靠传输

对于UDP来说，一般选择576个字节通信