004：：每天五分钟入门TCP/IP协议栈：：IP协议之16位总长度字段引出的MTU值问题

Posted 2020-11-02

要理解MTU以及实际生产环境中的MTU问题，就得搞清楚三个问题：
IP数据报包含什么内容；
数据进入协议栈的封装过程；
MTU具体代表含义；

首先要理解一个过程：
数据进入协议栈的封装过程！

数据从发送主机发送出去之前，在主机的协议栈中会经历上述图中的几个封装过程。
本次以TCP数据的封装过程为例，用户数据往下封装。
当数据封装了TCP首部后，数据在协议栈中就被称为TCP段；
当TCP段数据封装了IP首部之后的数据，称为IP数据报。
也就是说：IP数据报由几部分组成：IP首部+TCP首部+用户数据。

其次要理解一个重要词：
IP数据报！
从上述封装过程可以看出，IP数据报是由几部分组成的。
从IP首部角度看，IP首部字段中的16位总长度字段，表示的就是：IP数据报的大小，并非整个数据包的大小，IP数据报需要再封装了以太网首部和尾部才能称为一个完整的数据包。

最后要理解一个重要的词：
MTU！
MTU即为：最大传输单元，是链路层的一个概念。
路径MTU即为两台主机之间传输数据的路径的最大MTU。
从总长度字段为16位，可以得出理论的最大字段长度为：2的16次方=65535字节，这个值即为所谓的超通道。
但是因为MTU的存在，IP数据报是不可能无限大的。主机之间发送数据的最大MTU取决于路径中的最大MTU中的最小MTU值。
从总长度字段中的值减去IP首部长度值，即为用户数据的长度和IP数据报中数据内容的起始位置。
当IP数据报被分片之后，该总长度字段对应的值会发生变化。

现在的协议栈中使用的基本都是以太网协议，
在以太网中，不包含以太网帧头部和尾部的MTU的最大值是1500字节，最小是46字节。
这就是说：
**标准的以太网帧长度的下限是：64字节（包含了IP首部／帧头部／帧尾部）
标准的以太网帧长度的上限是：1518字节（包含了IP首部／帧头部／帧尾部）

这最小最大值，是由于最初的以太网协议，使用的是CSMA/CD即为载波监听多路访问冲突检测协议等因素，在一个时间内只能由一台主机的数据在以太网中传输，当在以太网中传输的帧太大或太小，都会导致最初的以太网传输效率不是最高的。
当帧太小，传输是有延迟，帧太小，传输很快就完成了，当传输过程中发生了冲突，但是发送者却认为数据已经成功发送，这种情况是没办法接受的。所以，帧不能太小。

当帧太大，机会导致有主机占用传输线路时间较长，那些对于延迟敏感的应用是没办法接受的。
所以有了帧的上限和下限。

>当数据超过了MTU限定的长度，此时就会进行分片。
>分片发生在网络层，对IP数据报进行分片。
>与分片相关字段，后续会讲解。
>主机之间的路径MTU基本都不是固定的，因为出去互联网后，会有多种的负载均衡策略，数据走的路径，经过的设备会经常变化，导致了路径MTU是不一样的。
>还有一个巨型帧的问题，基本上巨型帧只会存在于IDC内部。巨型帧基本上都是讲大于9000字节的数据，例如NFS文件系统，将系统需要用到的接口如交换机端口／网卡接口等的MTU值设置大一些，这样可以传输的数据帧可以更大，可以提高文件系统传输文件的效率。正常情况下不需要修改接口的MTU值。