Come massima unità di trasmissione delle informazioni in internet sono diventati 1500 byte

Ethernet è ovunque e decine di migliaia di produttori producono attrezzature che lo supportano. Tuttavia, quasi tutti questi dispositivi condividono un numero comune - MTU:

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

MTU (Maximum Transmission Unit) [massima unità di trasmissione] determina la dimensione massima di un singolo pacchetto di dati. In generale, quando scambiate messaggi con dispositivi nella vostra LAN, l'MTU avrà una dimensione di circa 1500 byte, mentre quasi tutta Internet funziona anch'essa con una dimensione di 1500 B. Tuttavia, questo non significa che queste tecnologie di comunicazione non possano trasmettere pacchetti di dimensioni superiori.

Ad esempio, per 802.11 (più comunemente noto come WiFi), l'MTU è di 2304 byte, mentre se la vostra rete utilizza FDDI, allora il vostro MTU è di 4352 byte. Ethernet stesso ha il concetto di "big frames", dove l'MTU può essere impostato a dimensioni fino a 9000 byte (se supportato da NIC, switch e router).

Tuttavia, su Internet, questo non è particolarmente necessario. Poiché le principali dorsali di Internet sono principalmente costituite da connessioni Ethernet, de facto la dimensione massima del pacchetto è impostata a 1500 B per evitare la frammentazione dei pacchetti su altri dispositivi.

Il numero 1500 in sé è strano: ci si potrebbe aspettare che le costanti nel mondo dei computer siano basate su potenze di due, per esempio. Quindi, da dove proviene il 1500 B e perché lo utilizziamo ancora?

Numero magico

Il primo grande passo avanti dell'Ethernet nel mondo avvenne sotto forma di standard 10BASE-2 (sottile) e 10BASE-5 (grosso), i numeri di cui indicano quante centinaia di metri può coprire un singolo segmento di rete.

Poiché all'epoca c'erano numerosi protocolli concorrenti e l'hardware aveva le sue limitazioni, il creatore del formato riconosce che i requisiti di memoria per i buffer dei pacchetti hanno giocato un ruolo nella comparsa del numero magico 1500:

Guardando indietro, è chiaro che un massimo di dimensioni maggiori sarebbe stata una soluzione migliore, tuttavia se avessimo aumentato il costo delle NIC (schede di rete) nelle fasi iniziali, questo non avrebbe permesso all'Ethernet di diffondersi così ampiamente.

Tuttavia, questa non è tutta la storia. Nel operazione «Ethernet: commutazione dei pacchetti distribuita nelle reti locali» del 1980 presenta una delle prime analisi dell'efficacia dell'uso di pacchetti di grandi dimensioni nelle reti. All'epoca, questo era particolarmente importante per le reti Ethernet, poiché potevano collegare tutte le sistemazioni con un unico cavo coassiale oppure essere composte da hub in grado di inviare un solo pacchetto per tutti i nodi di un segmento in un dato momento.

Era necessario scegliere un numero che non causasse ritardi eccessivi nella trasmissione dei messaggi nei segmenti (a volte piuttosto congestionati), e che allo stesso tempo non aumentasse troppo il numero di pacchetti.

A quanto pare, gli ingegneri di allora scelsero il numero 1500 B (circa 12000 bit) come la soluzione più «sicura».

Da allora sono emerse e scomparse diverse altre sistemazioni per la trasmissione dei messaggi, tuttavia Ethernet ha mantenuto il valore MTU più basso con i suoi 1500 B. Superare il valore minimo di MTU in una rete significa provocare o la frammentazione dei pacchetti, o dover utilizzare il PMTUD [ricerca della massima dimensione del pacchetto per il percorso scelto]. Entrambe le opzioni presentavano i propri problemi. Anche se a volte i grandi produttori di sistemi operativi abbassavano ulteriormente il valore MTU.

Fattore di efficacia

Ora sappiamo che l'MTU su Internet è limitato a 1500 B principalmente a causa delle vecchie metriche di ritardo e delle limitazioni hardware. Quanto influisce questo sull'efficacia di Internet?

Se guardiamo i dati da un grande punto di scambio del traffico Internet AMS-IX, vediamo che almeno il 20% dei pacchetti trasmessi ha dimensione massima. Possiamo anche analizzare il traffico complessivo della LAN:

Se combiniamo entrambi i grafici, si ottiene qualcosa del genere (stima del traffico per ogni intervallo di dimensioni dei pacchetti):

Oppure, se guardiamo il traffico di tutti questi intestazioni e altre informazioni di servizio, otteniamo lo stesso grafico con una scala diversa:

Una buona parte della larghezza di banda viene spesa per le intestazioni dei pacchetti più grandi. Poiché al picco del traffico le spese accessorie ammontano a 246 Gbps, si può supporre che se tutti fossimo passati a «frame giganti» quando era ancora possibile, questi costi accessori sarebbero stati solo circa 41 Gbps.

Ma penso che per la maggior parte di Internet oggi il treno sia già partito. Anche se alcuni fornitori lavorano con un MTU di 9000, la maggior parte non lo supporta e i tentativi di cambiare qualcosa a livello globale su Internet si sono rivelati estremamente difficili.

Fonte: habr.com