Как максималната единица за предаване на информация в интернет стана 1500 байта

Ethernet навсякъде, и десетки хиляди производители произвеждат оборудване, поддържащо го. Въпреки това почти всички тези устройства имат едно общо число – MTU:

$ ip l
1: lo:  mtu 65536 state UNKNOWN
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: enp5s0:  mtu 1500 state UP
    link/ether xx:xx:xx:xx:xx:xx brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

MTU (Максимална единица предаване) [maximum transmission unit] определя максималния размер на отделен пакет данни. В общия случай, когато обменяте съобщения с устройствата на ваша LAN, MTU ще бъде с размер около 1500 байта, а целият интернет почти изцяло функционира с размер 1500 B. Въпреки това, това не означава, че тези комуникационни технологии не могат да предават пакети с по-голям размер.

Например, при 802.11 (по-известно като WiFi) MTU е равен на 2304 байта, а ако вашата мрежа използва FDDI, тогава вашият MTU е равен на 4352 байта. Самият Ethernet има концепция за "гигантски кадри", при която MTU може да бъде зададен с размер до 9000 байта (при поддръжка на този режим от NIC, комутатори и рутери).

Обаче в интернет това не е особено необходимо. Тъй като основните магистрали на интернет в голямата си част се състоят от Ethernet връзки, де факто неофициалният максимален размер на пакета е зададен на 1500 B, за да се избегне фрагментацията на пакети на други устройства.

Числото 1500 само по себе си е странно – можеше да се очаква, че константите в света на компютрите ще бъдат базирани на степени на двойката, например. Та откъде произлиза 1500 B и защо все още го използваме?

Магическото число

Първият голям пробив на Ethernet в света стана в форма на стандарти 10BASE-2 (тъмен) и 10BASE-5 (дебел), числа, които показват колко стотин метра може да покрие отделен сегмент на мрежата.

Тъй като в това време конкуриращите протоколи бяха много, а хардуерът имаше свои ограничения, създателят на формата признава, че изискванията за памет на пакетите из играли роля в появата на магическото число 1500:

Оглядайки се назад, става ясно, че максимумът с по-голям размер вероятно щеше да е по-добро решение, но ако бяхме увеличили цената на NIC (мрежовите контролери) в ранните етапи, това нямаше да позволи на Ethernet да се разпространи толкова широко.

Обаче това не е цялата история. В работа „Ethernet: разпределено комутиране на пакети в локалните компютърни мрежи“ от 1980 година представлява един от ранните анализи на ефективността на използването на пакети с голям размер в мрежите. Тогава това беше особено важно за Ethernet мрежите, тъй като те или можеха да свързват всички системи с един коаксиален кабел, или да се състоят от хъбове, способни в един момент да изпращат само по един пакет за всички възли в един сегмент.

Трябваше да се избере число, което да не дава твърде високи закъснения при предаването на съобщения в сегментите (понякога доста натоварени) и в същото време да не увеличава твърде много броя на пакетите.

Както изглежда, инженерите по онова време избраха число 1500 Б (около 12000 бита) като най-„безопасен“ вариант.

Оттогава се появяваха и изчезваха различни системи за предаване на съобщения, но сред тях най-ниската стойност на MTU имаше Ethernet с неговите 1500 Б. Превишаването на минималната стойност на MTU в мрежата означава, че или се предизвиква фрагментация на пакетите, или се занимаваме с PMTUD [оптимизиране на максималния размер на пакета за избрания маршрут]. И двата варианта имаха свои особености. Дори ако понякога големи производители на ОС понижиха стойността на MTU още повече.

Фактор на ефективност

Сега знаем, че MTU в интернет е ограничен до 1500 Б, най-вече поради стари показатели за закъснения и ограничения на оборудването. Колко силно това влияе на ефективността на интернет?

Ако погледнем данните от голямата точка за обмяна на интернет трафик AMS-IX, ще видим, че не по-малко от 20% от предаваните пакети имат максимален размер. Може също така да се погледне общият трафик на LAN:

Ако комбинираме двата графика, ще получим нещо подобно (оценка на трафика за всеки диапазон размери на пакети):

Или, ако погледнем трафика на всички тези заглавия и друга служебна информация, ще получим същия график с различен мащаб:

Доста голям дял от пропускателната способност се изразходва за заглавия за пакетите от най-голямата категория размери. Тъй като на пика на трафика най-големите разходи са 246 Гб/с, може да се предположи, че ако всички преминехме на „гигантски кадри“, когато такава възможност все още съществуваше, тези разходи биха били само около 41 Гб/с.

Но днес, мисля, че за голямата част от интернет пространството този влак вече е заминал. И макар че някои доставчици работят с MTU от 9000, по-голямата част не го поддържа, а опитите за глобални промени в интернет се оказваха изключително трудни.

Източник: habr.com