Die maximale Einheit für die Übertragung von Informationen im Internet beträgt 1500 Byte.

Ethernet ist weit verbreitet, und Zehntausende von Herstellern bieten Geräte mit Unterstützung dafür an. Doch fast alle diese Geräte haben eine gemeinsame Zahl – 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

Die MTU (Maximum Transmission Unit) [maximale Einheit für die Übertragung] definiert die maximale Größe eines einzelnen Datenpakets. Allgemein gilt, dass die MTU beim Austausch von Nachrichten mit Geräten in Ihrem LAN etwa 1500 Byte beträgt, und das gesamte Internet arbeitet ebenfalls fast durchweg mit einer Größe von 1500 B. Das bedeutet jedoch nicht, dass diese Kommunikations Technologien keine Pakete größerer Größe übertragen können.

Zum Beispiel beträgt die MTU bei 802.11 (besser bekannt als WiFi) 2304 B, und wenn Ihr Netzwerk FDDI verwendet, beträgt Ihre MTU 4352 B. Ethernet selbst hat das Konzept der „Gigabit-Frames“, bei dem die MTU auf bis zu 9000 B festgelegt werden kann (vorausgesetzt, die NIC, Switches und Router unterstützen diesen Modus).

Im Internet ist dies jedoch nicht besonders wichtig. Die Hauptleitungen des Internets bestehen größtenteils aus Ethernet-Verbindungen, weshalb die inoffizielle maximale Paketgröße auf 1500 Byte festgelegt wurde, um Fragmentierungen auf anderen Geräten zu vermeiden.

Die Zahl 1500 an sich scheint seltsam – man könnte erwarten, dass Konstanten in der Computerwelt auf Potenzen von zwei basieren. Woher kommt also die 1500 Byte und warum verwenden wir sie immer noch?

Die magische Zahl

Der erste große Durchbruch von Ethernet in die Welt fand in Form der Standards statt 10BASE-2 (dünn) und 10BASE-5 (dick), wobei die Zahlen angeben, wie viele hundert Meter ein einzelnes Netzsegment abdecken kann.

Da es damals viele konkurrierende Protokolle gab und die Hardware ihre eigenen Einschränkungen hatte, erkennt der Erfinder des Formats an, dass die Anforderungen an den Speicherpuffer der Pakete zur Entstehung der magischen Zahl 1500 beigetragen haben.

Rückblickend wird deutlich, dass eine maximale Paketgröße möglicherweise die bessere Lösung gewesen wäre. Hätten wir jedoch die Kosten für die NICs (Netzwerkcontroller) in den frühen Phasen erhöht, hätte sich Ethernet nicht so weit verbreitet.

Doch das ist nicht die ganze Geschichte. In im Job „Ethernet: Verteiltes Packet Switching in lokalen Computernetzwerken“, veröffentlicht 1980, wird eine der frühen Analysen zur Effizienz der Verwendung großer Paketgrößen in Netzwerken vorgestellt. Zu dieser Zeit war dies besonders wichtig für Ethernet-Netzwerke, da sie entweder alle Systeme über ein Koaxialkabel verbinden oder aus Hubs bestehen mussten, die zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein Paket an alle Knoten eines Segments senden konnten.

Es galt, eine Zahl zu wählen, die bei der Übertragung von Nachrichten in den Segmenten (manchmal recht ausgelastet) nicht zu hohe Latenzen erzeugte und gleichzeitig die Anzahl der Pakete nicht zu stark erhöht.

Offenbar wählten die Ingenieure damals eine Größe von 1500 B (ungefähr 12000 Bit) als die am „sichersten“ geltende Option.

Seitdem sind verschiedene andere Nachrichtensysteme aufgetaucht und verschwunden, jedoch hatte Ethernet mit seinen 1500 B den niedrigsten MTU-Wert unter ihnen. Ein Überschreiten des minimalen MTU-Wertes im Netzwerk bedeutet entweder, dass Pakete fragmentiert werden oder dass PMTUD [Path Maximum Transmission Unit Discovery] angewendet wird. Beide Optionen bringen eigene Herausforderungen mit sich. Selbst wenn gelegentlich große Betriebssystemhersteller den MTU-Wert noch niedriger ansetzten.

Effizienzfaktor

Jetzt wissen wir, dass der MTU im Internet hauptsächlich auf 1500 B begrenzt ist, aufgrund alter Latenzwerte und Hardwareeinschränkungen. Wie stark wirkt sich das auf die Effizienz des Internets aus?

Ein Blick auf die Daten eines großen Internet-Exchange-Punkts wie AMS-IX zeigt, dass mindestens 20 % der übertragenen Pakete die maximale Größe haben. Man kann auch den gesamten LAN-Verkehr betrachten:

Wenn man beide Grafiken kombiniert, ergibt sich etwas wie das Folgende (Schätzung des Verkehrs für jeden Größenbereich der Pakete):

Oder wenn man den Verkehr all dieser Header und anderen Steuerinformationen betrachtet, erhält man dasselbe Diagramm in einem anderen Maßstab:

Ein erheblicher Teil der Bandbreite wird für Header von Paketen der größten Größenklasse verwendet. Da die höchsten Overheads während des Spitzenverkehrs 246 Gb/s betragen, kann man annehmen, dass, hätten wir alle auf 'Gigabit-Frames' umgestellt, als diese Möglichkeit noch bestand, diese Overheads nur etwa 41 Gb/s betragen hätten.

Ich denke jedoch, dass für den größten Teil des Internets dieser Zug bereits abgefahren ist. Auch wenn einige Anbieter MTU von 9000 unterstützen, tun dies die meisten nicht, und Versuche, etwas global im Internet zu ändern, erwiesen sich immer wieder als äußerst schwierig.

Quelle: habr.com