Som den maximala enheten för datatransmission i internet har 1500 byte blivit standard

Ethernet är överallt, och tiotusentals tillverkare producerar utrustning som stöder det. Men nästan alla dessa enheter har ett gemensamt antal – ip a show:

$ 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) [maximal enhet för överföring] definierar den maximala storleken på ett enskilt datapaket. Generellt sett, när du kommunicerar med enheter i ditt LAN, kommer MTU att ligga runt 1500 byte, och hela internet fungerar nästan enhetligt med en storlek på 1500 B. Men detta betyder inte att dessa kommunikationsteknologier inte kan överföra paket av större storlek.

Till exempel, för 802.11 (bättre känt som WiFi) är MTU 2304 B, och om ditt nätverk använder FDDI, så är din MTU 4352 B. Ethernet har en koncept av "gigantiska ramar", där MTU kan ställas in till en storlek upp till 9000 B (om sådan drift stöds av NIC, switchar och routrar).

Men på internet är detta inte särskilt viktigt. Eftersom de huvudsakliga Internetbackbones huvudsakligen består av Ethernet-anslutningar, har den de facto icke-officiella maximala paketstorleken ställts in på 1500 B för att undvika fragmentering av paket på andra enheter.

Själva siffran 1500 är märklig – man skulle kunna förvänta sig att konstanter i datorsvärlden skulle baseras på potenser av två, till exempel. Så var kom 1500 B ifrån, och varför använder vi dem fortfarande?

Det magiska numret

Den första stora genombrottet för Ethernet i världen inträffade i form av standarder 10BASE-2 (tunn) och 10BASE-5 (tjock), siffrorna i vilka talar om hur många hundra meter enskilda nätverkssegment kan täcka.

Eftersom det då fanns många konkurrerande protokoll, och hårdvaran hade sina begränsningar, erkänner skaparen av formatet att kraven på bufferminne för paket spelade en roll i framväxten av det magiska numret 1500:

Ser vi tillbaka blir det tydligt att ett maximum av större storlek kanske skulle ha varit en bättre lösning, men om vi hade ökat kostnaden för NIC (nätverkskort) i de tidiga stadierna, skulle det inte ha gett Ethernet en så bred spridning.

Men det är inte hela historien. I arbetet «Ethernet: distribuerad paketkommutering i lokala datanätverk» från 1980 ger en av de tidiga analyserna av effektiviteten i användningen av stora paket i nätverk. Vid den tiden var detta särskilt viktigt för Ethernet-nätverk, eftersom de antingen kunde ansluta alla system med en koaxialkabel eller bestod av hubbar som vid ett och samma tillfälle kunde skicka ett paket till alla noder i ett segment.

Det var nödvändigt att välja ett antal som skulle ge inte alltför höga fördröjningar vid överföring av meddelanden i segment (ibland ganska belastade) och samtidigt inte alltför mycket öka antalet paket.

Tydligen valde ingenjörerna då nummer 1500 B (ungefär 12000 bit) som det mest "säkra" alternativet.

Sedan dess har olika andra meddelandetransportssystem kommit och gått, men det lägsta värdet på MTU hade Ethernet med sina 1500 B. Att överskrida det minimi-MTU-värde i ett nätverk innebär antingen att man orsakar paketfragmentering eller utför PMTUD [Path Maximum Transmission Unit Discovery]. Båda alternativen hade sina egna speciella problem. Även om stora operativsystemstillverkare ibland sänkte MTU-värdet ytterligare.

Effektivitet faktorn

Nu vet vi att MTU på internet är begränsad till en storlek på 1500 B, främst på grund av gamla latensvärden och hårdvarubegränsningar. Hur mycket påverkar detta internetets effektivitet?

Om vi ser på data från en stor internet-trafikbytespunkt AMS-IX, ser vi att inte mindre än 20 % av de överförda paketen har maximala storlekar. Man kan också titta på den totala LAN-trafiken:

Om vi kombinerar båda graferna får vi något som liknar följande (uppskattning av trafiken för varje paketstorleksintervall):

Eller, om vi ser på trafiken från alla dessa rubriker och annan overhead-information, får vi samma grafik med en annan skala:

En ganska stor del av bandbredden går till rubriker för paket från den största storleksklassen. Eftersom de största overheadkostnaderna når upp till 246 Gbps under trafiktoppar, kan man anta att om vi alla hade gått över till "gigantiska ramar" när möjligheten fortfarande fanns, skulle dessa overheadkostnader endast ha varit runt 41 Gbps.

Men jag tror att för den största delen av internet är den tiden redan förbi. Och även om vissa leverantörer arbetar med en MTU på 9000, så stöder de flesta det inte, och försök att göra något globalt på internet har gång på gång visat sig vara oerhört svårt.

Källa: habr.com