Как 1500 байта станаха максималната единица за трансфер на информация в Интернет

Ethernet е навсякъде и десетки хиляди производители произвеждат оборудване, което го поддържа. Почти всички тези устройства обаче имат едно общо нещо - MTU:

$ ip l
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 state UNKNOWN
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: enp5s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 state UP 
    link/ether xx:xx:xx:xx:xx:xx brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

MTU (Максимална единица за предаване) определя максималния размер на единичен пакет данни. Като цяло, когато обменяте съобщения с устройства във вашата LAN, MTU ще бъде от порядъка на 1500 байта, а почти целият Интернет работи на 1500 байта.Това обаче не означава, че тези комуникационни технологии не могат да предават по-големи размери на пакети.

Например 802.11 (известен като WiFi) има MTU от 2304 байта, а ако вашата мрежа използва FDDI, тогава вашият MTU е 4352 байта. Самата Ethernet има концепцията за „гигантски рамки“, където на MTU може да бъде присвоен размер до 9000 байта (с поддръжка за този режим от NIC, комутатори и рутери).

В интернет обаче това не е особено необходимо. Тъй като главните гръбнаци на Интернет се състоят основно от Ethernet връзки, де факто неофициалният максимален размер на пакета е зададен на 1500B, за да се избегне фрагментирането на пакети на други устройства.

Самото число 1500 е странно - човек би очаквал константите в компютърния свят да се основават на степени на две, например. И така, откъде идва 1500B и защо все още го използваме?

магическо число

Първият голям пробив на Ethernet в света дойде под формата на стандарти. 10BASE-2 (тънък) и 10BASE-5 (дебел), числата в които показват колко стотици метра може да покрие определен мрежов сегмент.

Тъй като по това време имаше много конкуриращи се протоколи и хардуерът имаше своите ограничения, създателят на формата признава, че изискванията за памет на пакетния буфер са изиграли роля в появата на магическото число 1500:

Погледнато назад, ясно е, че по-голям максимум може да е по-добро решение, но ако бяхме увеличили цената на мрежовите карти в началото, това щеше да попречи на Ethernet да стане толкова широко разпространен.

Това обаче не е цялата история. IN работа „Ethernet: Разпределено комутиране на пакети в локални компютърни мрежи“, 1980 г., предоставя един от най-ранните анализи на ефективността на използването на големи пакети в мрежите. По това време това беше особено важно за Ethernet мрежите, тъй като те можеха или да свържат всички системи с един коаксиален кабел, или да се състоят от хъбове, способни да изпращат един пакет до всички възли на един и същ сегмент наведнъж.

Беше необходимо да се избере номер, който нямаше да доведе до твърде големи закъснения при предаване на съобщения в сегменти (понякога доста натоварени) и в същото време нямаше да увеличи твърде много броя на пакетите.

Очевидно инженерите по това време са избрали числото 1500 B (около 12000 XNUMX бита) като най-„безопасната“ опция.

Оттогава различни други системи за съобщения идват и изчезват, но сред тях Ethernet има най-ниската стойност на MTU със своите 1500 байта.Превишаването на минималната стойност на MTU в мрежа означава или причиняване на фрагментация на пакети, или ангажиране в PMTUD [намиране на максималния размер на пакета за избран път]. И двата варианта имаха своите специфични проблеми. Дори ако понякога големите производители на операционни системи намаляват стойността на MTU още по-ниско.

Коефициент на ефективност

Сега знаем, че интернет MTU е ограничен до 1500B, до голяма степен поради наследени показатели за латентност и хардуерни ограничения. Колко това влияе на ефективността на интернет?

Ако погледнем данните от голяма интернет точка за обмен AMS-IX, виждаме, че поне 20% от предадените пакети имат максимален размер. Можете също да погледнете общия LAN трафик:

Ако комбинирате и двете графики, получавате нещо подобно на следното (оценки на трафика за всеки диапазон на размера на пакета):

Или, ако погледнем трафика на всички тези заглавки и друга служебна информация, получаваме същата графика с различен мащаб:

Доста голяма част от честотната лента се изразходва за заглавки за пакети в класа с най-голям размер. Тъй като най-високата режийна стойност при пиков трафик е 246 GB/s, може да се предположи, че ако всички бяхме преминали към „джъмбо рамки“, когато такава опция все още съществуваше, тази режийна стойност щеше да бъде само около 41 GB/s.

Но мисля, че днес за по-голямата част от интернет този влак вече е тръгнал. И въпреки че някои доставчици работят с MTU от 9000, повечето не го поддържат и опитът да се промени нещо глобално в Интернет се оказва изключително труден отново и отново.

Източник: www.habr.com