Mtu即最大傳輸單元,，全稱為Maximum Transmission Unit，是指通信協(xié)議的某一層上面所能通過的最大數(shù)據(jù)包大?。ㄒ宰止?jié)為單位）,。由于定義的模糊性，在此也介紹幾個相關的名詞,，MRU,、PMTU,、MSS和JUMBO FRAME，供大家甄別,。
MRU即最大接收單元,，全稱為Maximum Receive Unit,與MTU相對，稱為最大接收單元,，目前也沒有權威的標準定義,，但許多文章中有這個名詞。一臺主機或路由器的MTU與MRU可以不一致,。
PMTU,，全稱為 path maximum transmission unit,即路徑MTU，把一條IP路徑上MTU的最小值稱為PMTU,，PMTU是個理想化的概念,，但目前業(yè)界沒有有效的手段來實現(xiàn)PMTU的發(fā)現(xiàn)和更新。`
MSS是OSI參考模型中四層的一個概念,，即最大分段長度,，全稱為TCP Maximum Segment Size，指TCP每次能夠傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)分段長度（以字節(jié)為單位）,，MSS一般比MTU小40字節(jié),。
Jumbo Frame(有些稱Giant Frame)，網(wǎng)絡上會遇到jumbo frame的概念,，cisco路由器的接口中也有這個參數(shù),，超過以太網(wǎng)標準長度1518字節(jié)的幀稱為jumbo frame。
二,、MTU涉及主要原理：
1,、常見網(wǎng)絡的MTU值：
IP網(wǎng)絡以包為單位進行信息傳遞，那么,，一次傳送多大的包合適,、多大的包最高效就成為一個核心問題之一。MTU就是決定在什么樣的物理網(wǎng)絡傳送多大數(shù)據(jù)包大的事實標準,，不同類型網(wǎng)絡由于物理特性,、發(fā)展階段不同，其MTU的默認值也不盡相同,，以下是摘錄的各類網(wǎng)絡及其默認MTU值：
對于windows操作系統(tǒng)來講,，其以太網(wǎng)網(wǎng)卡MTU默認為1500，但可以通過修改工具或修改注冊表進行修改,，但只能改小,，不能改大，即只能修改為小于或等于1500字節(jié)。
2,、PMTU 發(fā)現(xiàn)過程：
對于一個基于網(wǎng)絡的應用來講,，如果應用穿過網(wǎng)絡的MTU與PMTU相等，那么應用穿過網(wǎng)絡的效率最高,，或者說,，應用通過主機網(wǎng)卡發(fā)出的最大數(shù)據(jù)包與PMTU越接近(指小于等于PMTU)，應用穿過網(wǎng)絡的效率越高,，原因是有效的避免了分片和重組,。
為了達到這個目的，一些操作系統(tǒng)支持自動發(fā)現(xiàn)路徑MTU的功能,，具體過程為：
路由器接口上收到一個報文長度大于本接口MTU值的報文,，如果該報文被打上不分片的標記，將丟棄本報文,，并且返回一個ICMP差錯報文,，通知報文發(fā)起者丟棄原因。報文發(fā)起者將發(fā)送比較小的報文,。通過多次上述報文協(xié)商,，將得到對于某一個固定路徑上的最小Mtu值，這個過程叫做“Mtu Discovery”[詳見RFC1191],。
了解了MTU發(fā)現(xiàn)的原理,，舉一個實例驗證PMTU變化過程：
在上圖所示實驗網(wǎng)絡中，由三層設備模擬PPPOE撥號,，實現(xiàn)接入寬帶IP網(wǎng),。三層設備上行以太網(wǎng)口默認MTU為1482字節(jié)。抓包結(jié)果顯示如下：
將三層設備上行以太網(wǎng)口默認MTU改為1000字節(jié),。抓包結(jié)果顯示如下：
3、“PMTU”發(fā)現(xiàn)存在的問題：
由于互聯(lián)網(wǎng)上路由器或其它網(wǎng)絡設備的配置的無法統(tǒng)一規(guī)范,，某些運營商或網(wǎng)站考慮到網(wǎng)絡安全和其它需要,，有時會把ICMP報文過濾掉，此外,，PMTU牽涉到主機,、各類交換機、路由器,、防火墻等網(wǎng)絡設備,，這些主機和網(wǎng)絡設備沒有有效的手段實現(xiàn)PMTU的協(xié)商和交互,這樣Mtu Discovery不能正常運行，影響應用正常運行,，即實質(zhì)上目前沒有有效的手段來發(fā)現(xiàn)PMTU,。
互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡設備,遇到MTU發(fā)現(xiàn)報文或必須將IP包分片但DF設置為1時，路由器可采用以下任一種方式(從網(wǎng)上摘錄)：
發(fā)送符合 RFC 792 中最初定義的“ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息,，然后丟棄該包,。原始消息格式中不包含有關轉(zhuǎn)發(fā)失敗的鏈路的 IP MTU 的信息,。（導致PMTU無法正常發(fā)現(xiàn)）
? 發(fā)送符合 RFC 1191 中重新定義的“ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息，然后丟棄該包,。此新消息格式包含一個 MTU 字段,，可指出轉(zhuǎn)發(fā)失敗的鏈路的 IP MTU。（PMTU可能會正常發(fā)現(xiàn)）
RFC 1191 定義了路徑 MTU (PMTU) 發(fā)現(xiàn),，它使得源和目的 TCP 對等方能夠動態(tài)地發(fā)現(xiàn)二者之間路徑的IP MTU,，從而發(fā)現(xiàn)該路徑的 TCP MSS。一旦收到符合 RFC 1191 定義的“Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息,，TCP 就會將該連接的 MSS 調(diào)整為指定 IP MTU 減去 TCP 和 IP 報頭的大小,。這樣，在該 TCP 連接上發(fā)送的后續(xù)包就不會超過最大大小,，無需分段即可在該路徑上傳輸,。
直接丟棄包。直接丟棄需分段但 DF 標記設置為 1 的包的路由器稱為 PMTU 黑洞路由器,。
總之,，PMTU的不可發(fā)現(xiàn)性，導致因MTU問題引起的應用系統(tǒng)無法正常運行情況時有發(fā)生,。
4,、超過MTU值的數(shù)據(jù)包分片、重組過程,，：
IP包的格式如下：
IP包的分片重組牽涉到IP包頭的幾個重要字段,，主要是標識符、標識位,、偏移量,，分別詳述如下：
標識符（Identification）：在發(fā)送數(shù)據(jù)包前，發(fā)送主機給每個數(shù)據(jù)包一個ID值,，放在16位的標識符字段中,。此ID用于標識唯一的數(shù)據(jù)報或數(shù)據(jù)流。接收主機利用此ID對收到的數(shù)據(jù)報進行重組,。當分片的IP數(shù)據(jù)報從源地址發(fā)送到目的地址的時候,，由于網(wǎng)絡延遲或者不同的傳輸路徑的關系，在到達目的主機時,，這些分片數(shù)據(jù)報并不總是有序的到達,，而是處于一種無序狀態(tài)，因此,，接收主機便用此ID判斷接收的這些分片數(shù)據(jù)報是否屬于同一個數(shù)據(jù)流,，然后再進行重組。
標志（Flags）：第一個bit稱為R位，目前保留未用,。第二個bit稱為DF位,，Don't Fragment，“不分片”位,，即如果將這一比特置1 ,，表示上層應用不允許分片，IP層將不對數(shù)據(jù)報進行分片,。第三個bit稱為MF位,，More Fragment，“更多的片”,。除了最后一個數(shù)據(jù)分片外,，其他每個組成數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)分片都要把該比特置1，表示有更多的分片,。
偏移量(Framentation offset)：13位的偏移量字段用來表示分段的數(shù)據(jù)報在整個數(shù)據(jù)流中的位置,，即相當于分片數(shù)據(jù)報的順序號。發(fā)送主機對第一個數(shù)據(jù)報的偏移量置為0,，而后續(xù)的分片數(shù)據(jù)報的偏移量則以網(wǎng)絡的MTU大小賦值,。偏移量對于接收方進行數(shù)據(jù)重組的時候，這是一個唯一依據(jù),。對于分片的數(shù)據(jù)段(單位：字節(jié))必須為8的整數(shù)倍,，否則IP無法表達其偏移量。
了解了數(shù)據(jù)分片的幾個關鍵字段后,，我們找一個實例說明分片過程（從網(wǎng)上摘錄）：
在MTU為1500的以太網(wǎng)中,，源主機如果需要通過UDP傳送3000字節(jié)的數(shù)據(jù)到目的主機，這時的分段情況如下所示(假定在同一網(wǎng)段)：
此處需要注意的是對于分片1的報頭,，相對于其他兩個分片的報頭要多8個字節(jié)UDP協(xié)議報頭的開銷,。因此，在計算實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)凈載荷時,，分片1要多減去8字節(jié)UDP報頭,。最后，接收主機通過包ID,、標識位、偏移量值將數(shù)據(jù)重組成完整的數(shù)據(jù),。
需要注意是,，有些數(shù)據(jù)包在一次分片后，由于遇到更小MTU的網(wǎng)絡,，還可能被繼續(xù)分片,。為數(shù)據(jù)包分片和為數(shù)據(jù)包再次分片的區(qū)別在于網(wǎng)關處理MF位的不同。在一個網(wǎng)關為原來未分片的數(shù)據(jù)包分片時，除了末尾的數(shù)據(jù)包片,，它將其余所有分片上的MF位置為1,，最后一片為0。然而,，當網(wǎng)關為一個非末尾的數(shù)據(jù)包片再次分片時,，它會把生成的所有子分片中的MF位全部調(diào)為1，因為所有這些子分片都不可能是整個數(shù)據(jù)包末尾的數(shù)據(jù)包,。分片中標志字段的M值取決于該分片是否是原始分組的最后一片,，而片偏移量也是相對于原始分組的偏移量。
三,、MTU對上層應用的影響：
1,、TCP、UDP等上層應用傳輸效率的高低與PMTU有密切聯(lián)系,。
對TCP來講,，其傳輸效率與MSS的合適大小密切相關，而MTU是決定MSS大小的唯一因素,。MSS的大小會在TCP連接建立階段進行協(xié)商,，具體協(xié)商過程如下：
TCP client發(fā)出SYN報文，其中option選項填充的MSS字段一般為(MTU-IP頭大小-TCP頭大小),，同樣TCP server收到SYN報文后,，會發(fā)送SYN＋ACK報文應答，option選項填充的mss字段也為(MTU-IP頭大小-TCP頭大小),；協(xié)商雙方會比較SYN和SYN+ACK報文中MSS字段大小,，選擇較小的MSS作為發(fā)送TCP分片的大小。
理論上,，如果MSS與合適的MTU即PMTU（我認為合適的PMTU為路徑上可不分片通過的最大MTU）匹配,，TCP傳輸效率最高，因為免去了分片,、重組等工作,。但由于PMTU發(fā)現(xiàn)過程無法保證，導致最終發(fā)現(xiàn)的MTU可能并不合適路徑傳輸,，造成部分應用的分片和重組,，降低了傳輸效率。
2,、部分網(wǎng)絡設備對特定應用的分片報文處理能力弱,，造成部分應用故障。
目前,，國內(nèi)寬帶IP網(wǎng)絡多數(shù)用戶采用PPPOE撥號方式實現(xiàn)業(yè)務接入,。位于電信運營商內(nèi)側(cè)的BAS設備用于終結(jié)PPP連接,，實現(xiàn)用戶接入?yún)R聚。實際應用中,，部分BAS設備對VPDN等特定應用的分片,、重組機制不健全，造成部分基于VPDN方式的業(yè)務速度緩慢,。如：筆者曾發(fā)現(xiàn)過某廠商BAS設備ME60當TSU板未啟用時,，其于L2TP隧道的VPDN撥號應用，經(jīng)常出現(xiàn)業(yè)務訪問緩慢,，甚至不通的情況,，當啟用TSU板后，業(yè)務恢復正常（經(jīng)了解,，TSU板是專門用于基于隧道或其它協(xié)議數(shù)據(jù)包分片處理功能）,。某廠商設備SE800，承載了基于L2TP隧道的VPDN撥號應用后,，部分應用可以使用,，部分應用無法正常運行。
3,、部分網(wǎng)絡安全設備對分片的重組過程進一步影響業(yè)務應用,。
原則上，當某個網(wǎng)絡應用業(yè)務在傳輸過程中發(fā)生分片后,，只有發(fā)送端和接收端會進行分片的重組,，這已經(jīng)影響到業(yè)務運行速度。當分過片的IP包經(jīng)過網(wǎng)絡監(jiān)測設備,、安全系統(tǒng)等設備時,，基于安全和其它特定目的，有些設備要求完成數(shù)據(jù)包的分片和重組,，會進一步延緩應用的運行速度,，甚至導致部分應用無法使用。
四,、MTU常見問題小結(jié)(摘錄自網(wǎng)絡)：
1,、為何有些共享上網(wǎng)的路由器的網(wǎng)絡設備以太網(wǎng)口MTU值不是1500？
有些通過共享路由器PPPOE撥號上網(wǎng)的路由器上連口（與ADSL調(diào)制器互聯(lián)的以太網(wǎng)口）MTU為1492,，因為PPP報文占據(jù)了8個字節(jié),，導致承載數(shù)據(jù)信息的IP報文大小變成了1492。
2,、為什么在思科路由器上GRE接口的默認MTU為1476,？
因為GRE會重新封裝一個IP包頭，以及加上GRE的4字節(jié)頭部,，一共是24個字節(jié),。這樣總的用于應用的IP包的長度為1476。
3,、為什么支持VLAN標記的接口MTU要大于1514字節(jié),？
由于VLAN的原理是在以太網(wǎng)的幀頭部加入了4個字節(jié)的VLAN TAG信息，因此在支持802.1q標記的鏈路的接口上要求MTU不小于1518字節(jié),，才能保證凈荷為1500的數(shù)據(jù)包順利通過該接口,。
4、MTU和各種VPN的關系有無規(guī)律性,？
因VPN的實現(xiàn)需要對原有的IP或者是TCP/UDP數(shù)據(jù)進行封裝,，因此也就增加了數(shù)據(jù)包或數(shù)據(jù)幀的總長度，這樣也就導致了VPN 承載的數(shù)據(jù)凈荷值的減小,，具體減少的數(shù)值與不同的VPN類型相關,。
即：MTU=經(jīng)VPN封裝后數(shù)據(jù)包長度-VPN封裝包頭長度
5、對于因MTU問題引起的應用系統(tǒng)故障現(xiàn)象有哪些,？處理思路是什么,？
因MTU引的網(wǎng)絡問題表現(xiàn)各種各樣，如：有些游戲,，經(jīng)?？C。有的網(wǎng)站,，部分網(wǎng)頁可以打開,，部分網(wǎng)頁打不開?？偟膩碇v,，如果網(wǎng)絡不丟包，而網(wǎng)絡應用時快時慢,，或部分應用無法使用,，很大程度上可以定位為MTU問題。
對于MTU引起的問題,，處理思路為：要么增加網(wǎng)絡中最細管道的MTU值,，要么減少終端應用發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)包大小。對于終端的MTU,，會有各種各樣的工具或方法進行修改,。