Hogyan lett a maximális információs egység 1500 bájt az interneten

Az Ethernet mindenhol jelen van, és több tízezer gyártó kínálja az ennek megfelelő berendezéseket. Azonban szinte minden ilyen eszköznek van egy közös száma – 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

Az MTU (Maximum Transmission Unit) [maximális információs egység] meghatározza az egyes adatcsomagok maximális méretét. Általánosságban, amikor üzeneteket cserél az Ön LAN-jával, az MTU körülbelül 1500 bájt méretű lesz, és az egész internet is szinte teljes egészében 1500 B méretben működik. Ez azonban nem jelenti azt, hogy ezek a kommunikációs technológiák nem tudnak nagyobb méretű csomagokat továbbítani.

Például az 802.11 (szélesebben ismert WiFi) MTU-ja 2304 B, és ha a hálózata FDDI-t használ, akkor az MTU-ja 4352 B. Az Ethernetnek van egy "óriáskeret" fogalma is, ahol az MTU akár 9000 B méretű is lehet (ha a NIC, a switchek és a routerek támogatják ezt a módszert).

Azonban az interneten ez nem különösebben szükséges. Mivel az internet fő gerince főleg Ethernet kapcsolatokból áll, a de facto nem hivatalos maximális csomagméret 1500 B-ra van beállítva, hogy elkerülje a csomagok fragmentációját más eszközökön.

A 1500 szám önmagában furcsa – azt várnánk, hogy a számítástechnikában a konstansok a kettes hatványain alapulnak. Szóval honnan jön a 1500 B, és miért használjuk még mindig?

A varázslatos szám

Az Ethernet első nagy áttörése a szabványok formájában következett be 10BASE-2 (vékony) és 10BASE-5 (vastag), a számok arra utalnak, hogy hány száz métert fed le egy külön szegmens a hálózatban.

Mivel abban az időben számos konkurens protokoll volt, és a hardvernek megvoltak a saját korlátai, a formátum teremtője elismeri, hogy a csomagok puffermemória követelményei szerepet játszottak a varázslatos 1500-as szám megjelenésében.

Visszatekintve világossá válik, hogy a nagyobb méret maximálisra növelése esetleg a legjobb döntés lett volna, de ha korai szakaszban megemeltük volna a NIC (hálózati vezérlő) költségét, az nem tette volna lehetővé az Ethernet széleskörű elterjedését.

Azonban ez még nem minden. A munkában «Ethernet: elosztott csomagkapcsolás helyi számítógépes hálózatokban» 1980-ból a nagy méretű csomagok hálózatban való használatának hatékonyságáról szóló korai elemzések közé tartozik. Abban az időben ez különösen fontos volt az Ethernet hálózatok számára, mivel azok vagy minden rendszert egy koaxiális kábellel tudtak összekötni, vagy hubokból álltak, amelyek egy adott pillanatban egy csomagot küldtek el az egy szegmensen lévő összes csomópont számára.

Ki kellett választani egy számot, amely nem okoz túl magas késleltetést az üzenetek átvitelekor a szegmensekben (néha meglehetősen túlterheltek), ugyanakkor nem növeli túlzottan a csomagok számát sem.

Úgy tűnik, hogy a mérnökök abban az időben a 1500 B-t (kb. 12000 bit) választották a legbiztonságosabb lehetőségnek.

Azóta különböző üzenetátviteli rendszerek jelentek meg és eltűntek, azonban ezek közül az Ethernet a legkisebb MTU-val rendelkezik, amely 1500 B. Az MTU minimális értékének túllépése a hálózatban azt jelenti, hogy vagy ügyelni kell a csomagok fragmentálására, vagy PMTUD-val [a legnagyobb csomagméret keresése a kiválasztott úton] kell foglalkozni. Mindkét megoldásnak voltak sajátos problémái. Még ha néha a nagy operációs rendszer gyártók az MTU értékét még alacsonyabbra csökkentették is.

Hatékonysági tényező

Most már tudjuk, hogy az interneten az MTU-t 1500 B méretre korlátozzák, többnyire a régi késleltetési adatok és a hardver korlátai miatt. Mennyire befolyásolja ez az internet hatékonyságát?

Ha megnézzük az AMS-IX nagy internetforgalmi váltópont adatokat, látni fogjuk, hogy a továbbított csomagok legalább 20%-a maximális méretű. Meg lehet nézni a teljes LAN forgalmat is:

Ha összekapcsoljuk a két grafikon, akkor valami ilyesmit kapunk (a forgalom becslése minden csomagméret-intervallumra):

Vagy, ha megnézzük az összes fejléc és egyéb vezérlőinformáció forgalmát, akkor ugyanazt a grafikont kapjuk, csak más léptékben:

Meghatározott mennyiségű sávszélesség fogy el a legnagyobb méretosztályú csomagok fejlécére. Mivel a forgalom csúcsán a legnagyobb költségek 246 Gbps-t tesznek ki, feltételezhetjük, hogy ha mindannyian átálltunk volna a „óriáskeretekre”, amikor ez még lehetőség volt, ezek a költségek mindössze 41 Gbps körüli nagyságrendűek lettek volna.

De azt gondolom, hogy ma már a legnagyobb rész az internetről elment. Bár egyes szolgáltatók 9000-es MTU-val dolgoznak, a többség nem támogatja azt, és a globális változtatási kísérletek rendkívül nehezek voltak időről időre.

Forrás: habr.com