Jak se maximální jednotkou přenosu informací na internetu stalo 1500 bajtů

Ethernet je všude a desítky tisíc výrobců vyrábějí zařízení, která jej podporují. Avšak skoro všechna tato zařízení mají jedno společné číslo – 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 (Maximum Transmission Unit) [maximální jednotka přenosu] určuje maximální velikost jednotlivého datového paketu. Obecně, když si vyměňujete zprávy se zařízeními vaší LAN, MTU bude mít velikost kolem 1500 bajtů a celé internetové připojení většinou také funguje na velikosti 1500 B. To však neznamená, že tyto komunikační technologie nemohou přenášet pakety větší velikosti.

Například u 802.11 (širší známého jako WiFi) je MTU 2304 bajty, a pokud vaše síť používá FDDI, pak je váš MTU 4352 bajty. Ethernet má sám o sobě koncepci „gigantických rámců“, kdy může být MTU nastaven na velikost až 9000 bajtů (pokud tento režim podporují NIC, switche a routery).

Nicméně na internetu to není zvlášť potřeba. Vzhledem k tomu, že hlavní páteřní vedení internetu se většinou skládají z ethernetových spojení, de facto neoficiální maximální velikost paketu je nastavena na 1500 B, aby se zabránilo fragmentaci paketů na jiných zařízeních.

Samo číslo 1500 je zvláštní – mohli bychom očekávat, že konstanty ve světě počítačů budou založeny na mocninách dvou, například. Odkud tedy vzniklo 1500 B a proč ho stále používáme?

Magické číslo

První velký průlom Ethernetu do světa se odehrál ve formě standardů 10BASE-2 (tenký) a 10BASE-5 (tlustý), čísla, která hovoří o tom, kolik stovek metrů může pokrýt jednotlivý segment sítě.

V té době, kdy bylo spousta konkurenčních protokolů a hardware měl svá omezení, tvůrce formátu přiznává, že požadavky na paměť bufferu paketů sehrály svou roli v vzniku magického čísla 1500:

Z pohledu zpětného pohledu je jasné, že maximální větší velikost by možná byla lepším řešením, ale pokud bychom zvýšili náklady na NIC (síťové ovladače) v rané fázi, nemuselo by to umožnit Ethernetu tak široce se rozšířit.

Nicméně to není celý příběh. V práci „Ethernet: distribuovaná spínání paketů v místních počítačových sítích“ z roku 1980 přináší jedno z prvních hodnocení efektivity využití velkých paketů v sítích. V té době to bylo obzvláště důležité pro Ethernetové sítě, které mohly buď spojovat všechny systémy jedním koaxiálním kabelem, nebo sestávat z hubů, které mohly v jednom okamžiku zasílat jeden paket pro všechny uzly jednoho segmentu.

Bylo třeba zvolit číslo, které by nevedlo k příliš vysokým zpožděním při přenosu zpráv v segmentech (někdy poměrně zatížených), a zároveň příliš nezvyšovalo počet paketů.

Zřejmě inženýři v té době zvolili číslo 1500 B (přibližně 12000 bitů) jako nejbezpečnější variantu.

Od té doby se objevovaly a mizely různé další systémy přenosu zpráv, nicméně mezi nimi měl Ethernet se svými 1500 B nejnižší hodnotu MTU. Překročení minimální hodnoty MTU v síti znamená buď vyvolání fragmentace paketů, nebo provádění PMTUD [hledání maximální velikosti paketu pro zvolenou cestu]. Obě varianty měly své specifické problémy. I když někdy velcí výrobci OS snižovali hodnotu MTU ještě níže.

Faktor efektivity

Nyní víme, že MTU na internetu je omezen na velikost 1500 B většinou kvůli starým měřením zpoždění a omezením zařízení. Jak výrazně to ovlivňuje efektivitu internetu?

Pokud se podíváme na údaje z velkého bodu výměny internetového provozu AMS-IX, uvidíme, že nejméně 20 % přenášených paketů má maximální velikost. Můžeme se také podívat na celkový provoz LAN:

Pokud zkombinujeme obě grafiky, získáme něco jako následující (odhad provozu pro každý rozsah velikostí paketů):

Nebo, pokud se podíváme na provoz všech těchto hlaviček a dalších administračních informací, dostaneme stejnou grafiku s jiným měřítkem:

Poměrně velká část propustnosti se utrácí na hlavičkách pro pakety z největší třídy velikostí. Vzhledem k tomu, že při maximálním zatížení jsou největší náklady 246 Gb/s, lze předpokládat, že kdybychom všichni přešli na „gigantické rámy“, když tato možnost ještě existovala, tyto náklady by činily pouze přibližně 41 Gb/s.

Ale myslím, že dnes už tento vlak pro většinu internetu odjel. Ačkoli někteří poskytovatelé pracují s MTU rovným 9000, většina z nich to nepodporuje a pokusy o globální změny v internetu se znovu a znovu ukázaly jako mimořádně obtížné.

Zdroj: habr.com