MTU & MSS 详解记录（转）

MTU & MSS 详解记录（转）

 

          

先学习理解一下帧的封装格式：

需要注意的是，区别两种帧封装格式：802标准帧和以太网帧

1，在802标准定义的帧格式中，长度字段是指它后续数据的字节长度，但不包括C R C检验码。RFC 1042（IEEE 802）

2，RFC 894（以太网）

所以，以太网帧报头为目的地址6+源地址6+类型2+CRC 4=18bytes

而802帧没有CRC，所以为14bytes。Sniffer采用的是802帧为14bytes

 

转载文章：

MTU: Maxitum Transmission Unit 最大传输单元
MSS: Maxitum Segment Size 最大分段大小

 

由于以太网EthernetII最大的数据帧是1518Bytes这样，刨去以太网帧的帧头（DMAC目的地址MAC48bit=6Bytes+SMAC源MAC地址48bit=6Bytes+Type域2bytes）14Bytes和帧尾CRC校验部分4Bytes（这个部门有时候大家也把它叫做FCS），那么剩下承载上层协议的地方也就是Data域最大就只能有1500Bytes. 这个值我们就把它称之为MTU。

 

以太网的MTU是1500，再减去PPP的包头包尾的开销（8Bytes），就变成1492。

 

MSS就是TCP数据包每次能够传输的最大数据分段。为了达到最佳的传输效能

TCP协议在建立连接的时候通常要协商双方的MSS值，这个值TCP协议在实现的

时候往往用MTU值代替（需要减去IP数据包包头的大小20Bytes和TCP数据段的

包头20Bytes）所以往往MSS为1460。通讯双方会根据双方提供的MSS值得最小

值确定为这次连接的最大MSS值。

 

 

先说说这MTU最大传输单元，这个最大传输单元实际上和链路层协议有着密切的关系，让我们先仔细回忆一下EthernetII帧的结构DMAC+SMAC+Type+Data+CRC。由于以太网传输电气方面的限制，每个以太网帧都有最小的大小64bytes，最大不能超过1518bytes，对于小于或者大于这个限制的以太网帧我们都可以视之为错误的数据帧，一般的以太网转发设备会丢弃这些数据帧。（注：小于64Bytes的数据帧一般是由于以太网冲突产生的“碎片”或者线路干扰或者坏的以太网接口产生的，对于大于1518Bytes的数据帧我们一般把它叫做Giant帧，这种一般是由于线路干扰或者坏的以太网口产生）

 

由于以太网EthernetII最大的数据帧是1518Bytes这样，刨去以太网帧的帧头（DMAC目的MAC地址48bit=6Bytes+SMAC源MAC地址48bit=6Bytes+Type域2bytes）14Bytes和帧尾CRC校验部分4Bytes（这个部门有时候大家也把它叫做FCS），那么剩下承载上层协议的地方也就是Data域最大就只能有1500Bytes这个值我们就把它称之为MTU。这个就是网络层协议非常关心的地方，因为网络层协议比如IP协议会根据这个值来决定是否把上层传下来的数据进行分片。就好比一个盒子没法装下一大块面包，我们需要把面包切成片，装在多个盒子里面一样的道理。

 

当两台远程PC互联的时候，它们的数据需要穿过很多的路由器和各种各样的网络媒介才能到达对端，网络中不同媒介的MTU各不相同，就好比一长段的水管，由不同粗细的水管组成（MTU不同 :)）通过这段水管最大水量就要由中间最细的水管决定。

 

对于网络层的上层协议而言（我们以TCP/IP协议族为例）它们对水管粗细不在意它们认为这个是网络层的事情。网络层IP协议会检查每个从上层协议下来的数据包的大小，并根据本机MTU的大小决定是否作“分片”处理。分片最大的坏处就是降低了传输性能，本来一次可以搞定的事情，分成多次搞定，所以在网络层更高一层（就是传输层）的实现中往往会对此加以注意！有些高层因为某些原因就会要求我这个面包不能切片，我要完整地面包，所以会在IP数据包包头里面加上一个标签：DF（Donot Fragment）。这样当这个IP数据包在一大段网络（水管里面）传输的时候，如果遇到MTU小于IP数据包的情况，转发设备就会根据要求丢弃这个数据包。然后返回一个错误信息给发送者。这样往往会造成某些通讯上的问题，不过幸运的是大部分网络链路都是MTU1500或者大于1500。

 

对于UDP协议而言，这个协议本身是无连接的协议，对数据包的到达顺序以及是否正确到达不甚关心，所以一般UDP应用对分片没有特殊要求。

 

对于TCP协议而言就不一样了，这个协议是面向连接的协议，对于TCP协议而言它非常在意数据包的到达顺序以及是否传输中有错误发生。所以有些TCP应用对分片有要求---不能分片（DF）。

 

花开两朵，各表一枝，说完MTU的故事我们该讲讲今天的第二个猪脚---PPPoE所谓PPPoE就是在以太网上面跑PPP协议，有人奇怪了，PPP协议和Ethernet不都是链路层协议吗？怎么一个链路层跑到另外一个链路层上面去了，难道升级成网络层协议了不成。其实这是个误区：就是某层协议只能承载更上一层协议。

为什么会产生这种奇怪的需求呢？这是因为随着宽带接入（这种宽带接入一般为Cable Modem或者xDSL或者以太网的接入）由于以太网缺乏认证计费机制而传统运营商是通过PPP协议来对拨号等接入服务进行认证计费的，所以就出了这么一个怪胎：PPPoE。（有关PPPoE的详细介绍参见V大以及本站其他成

员的一些介绍文章，我就不啰里啰唆的了）

 

PPPoE带来了好处，也带来了一些坏处，比如：二次封装耗费资源，降低了传输效能等等，这些坏处俺也不多说了，最大的坏处就是PPPoE导致MTU变小了以太网的MTU是1500，再减去PPP的包头包尾的开销（8Bytes），就变成1492。

 

如果两台主机之间的某段网络使用了PPPoE那么就会导致某些不能分片的应用无法通讯。

 

这个时候就需要我们调整一下主机的MTU，通过降低主机的MTU，这样我们就能够顺利地进行通讯了。

 

当然对于TCP应用而言还有另外的解决方案。马上请出今天第三位猪脚：MSS。

MSS最大传输大小的缩写，是TCP协议里面的一个概念。MSS就是TCP数据包每次能够传输的最大数据分段。为了达到最佳的传输效能TCP协议在建立连接的时候通常要协商双方的MSS值，这个值TCP协议在实现的时候往往用MTU值代替（需要减去IP数据包包头的大小20Bytes和TCP数据段的包头20Bytes）所以往往MSS为1460。通讯双方会根据双方提供的MSS值得最小值确定为这次连接的最大MSS值。

 

 

我们回过头来看前言里面的那个问题，我们试想一下，如果我们在中间路由器上把每次TCP连接的最大MSS进行调整这样使得通过PPPoE链路的最大MSS值加上数据包头包尾不会超过PPPoE的MTU大小1492这样就不会造成无法通讯的问题。

 

所以上面的问题可以通过ip tcp adjust-mss 1452来解决。

 

当然问题也可以通过修改PC机的MTU来解决。

 

[后记]

Cisco在IOS 12.2(4)T及以后的版本支持修改MSS大小的特性

 

Cisco的TCP Adjust MSS Feature：

 

The TCP MSS Adjustment feature enables the configuration of the

maximum segment size (MSS) for transient packets that traverse a router,

specifically TCP segments in the SYN bit set, when Point to Point Protocol

over Ethernet (PPPoE) is being used in the network. PPPoE truncates the

Ethernet maximum transmission unit (MTU) 1492, and if the effective MTU

on the hosts (PCs) is not changed, the router in between the host and the

server can terminate the TCP sessions. The ip tcp adjust-mss command

specifies the MSS value . the intermediate router of the SYN packets to

avoid truncation.

 

 

 

 

附：MS文章---路径最大传输单元 (PMTU) 黑洞路由器

当路由器必须将 IP 包分段但又因 DF 标记设置为 1 而不能分段时，路由器可采用以下任一种方式：

•	发送符合 RFC 792 中最初定义的“ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息，然后丢弃该包。 原始消息格式中不包含有关转发失败的链路的 IP MTU 的信息。
•	发送符合 RFC 1191 中重新定义的“ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息，然后丢弃该包。此新消息格式包含一个 MTU 字段，可指出转发失败的链路的 IP MTU。 RFC 1191 定义了路径 MTU (PMTU) 发现，它使得成对的 TCP 对等方能够动态地发现二者之间路径的IP MTU，从而发现该路径的 TCP MSS。一旦收到符合 RFC 1191 定义的“Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息，TCP 就会将该连接的 MSS 调整为指定 IP MTU 减去 TCP 和 IP 报头的大小。这样，在该 TCP 连接上发送的后续包就不会超过最大大小，无需分段即可在该路径上传输。
•	直接丢弃包。 直接丢弃需分段但 DF 标记设置为 1 的包的路由器称为 PMTU 黑洞路由器。

 

PMTU 黑洞路由器会给 TCP 连接带来问题。例如，Microsoft® Windows® XP 和 Windows Server™2003 中的 TCP/IP 协议默认情况下会使用 PMTU 发现。TCP 会发送 DF 标记设置为 1 的数据段，并且在需要时，会根据符合 RFC 1191 定义的“ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set（ICMP Type 3 Code 4）”消息的回执（其中包含 IP MTU），更改 TCP MSS值。

 

在 TCP 三次握手期间交换的 TCP 数据段不会太大，因而不会被 PMTU 黑洞路由器丢弃。但是，一旦开始在连接上传输数据—假定基于协商的 MSS 确定的 PMTU 比实际 PMTU 大—TCP 数据段的大于实际 PMTU的 IP 包就会被直接丢弃。

例如，您可以用 FTP 命令行工具成功地与 FTP 服务器建立连接并登录。但是，当您试图下载或者上载文件时，中间的 PMTU 黑洞路由器就会丢弃达到最大大小的 TCP 数据段，从而导致错误和文件传输失败。

您可以按照下面的语法使用 Ping 工具来检测 PMTU 黑洞路由器：

Pingdestination –f –l ICMPEchoPayloadSize

•	此处的 destination 可以是一个 IP 地址，也可以是一个可解析为 IP 地址的名称。
•	-f 选项可将 DF 标记设置为 1。
•	-l 选项指定 ICMP Echo 消息的有效负载的大小。
•	ICMPEchoPayloadSize 是 ICMP Echo 消息的有效负载的字节数。

要计算 ICMPEchoPayloadSize，可用您想发送的 IP 包的大小减去 28。这是因为，IP 报头的大小为 20字节，而 ICMP Echo 消息的 ICMP 报头的大小为 8 字节。下图显示了二者的关系。

 

例如，要发送长度为 1500 字节的 ICMP Echo 消息，您应使用以下命令：

ping destination –f –l 1472

如果有 IP MTU 更小的中间链路，且路由器发送了“ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息，则 Ping 工具会显示“Packet needs to be fragmented but DF set”消息。如果有 IP MTU 更小的中间链路，且 PMTU 黑洞路由器直接丢弃了包，则 Ping 工具会显示“Request timed out”消息。

要找出包含 PMTU 黑洞路由器的路径的有效 IP MTU，请使用 Ping 工具，同时不断增大 Echo 消息的有效负载的大小。因为典型子网的最小 IP MTU 是 576 字节，因此开始时可将 ICMP Echo 消息的有效负载设置为 548字节，然后每次递增 100 字节，直到找到有效 PMTU。

例如，如果 ping 10.0.0.10 -f -l 972 命令显示“Reply from 10.0.0.10”，而命令 ping 10.0.0.10 -f -l 973 显示“Request timed out”，则 IP 地址为 10.0.0.10 的节点的有效 PMTU 为 1000 字节(972+28)。

 

PMTU 黑洞路由器的解决方案和工作方法

1. 配置中间路由器以支持路由器端 PMTU 发现

解决专用 Intranet 中的 PMTU 黑洞路由器问题的最简单的方法，是将您的所有路由器配置为支持路由器端RFC 1191，并支持发送 ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set 消息（其中带有转发失败的链路的 IP MTU）。这与将路由器配置为支持主机端 RFC 1191 是有区别的，后者的路由器会对自己的 TCP 连接使用 PMTU 发现。

在 Internet 上进行通信时，通常不太可能将 Internet 路由器配置为支持路由器端 PMTU 发现。在这种情况下，您可以使用以下各节介绍的工作方法。

3. 确定最佳 IP MTU 并通过 MTU 注册表设置来设置该值

启用 PMTU 黑洞路由器检测的替代方法，是根据本文前面部分的介绍使用 Ping 工具确定所有相关路径的PMTU 值，然后使用注册表设置手动配置发送接口的 IP MTU。

该方法通过不停发送 DF 标记设置为 1，大小又不会导致 PMTU 黑洞路由器将其直接丢弃的 IP 包来避开PMTU 黑洞路由器。手动指定 IP MTU 意味着所有通信量（包括本地子网通信量和不包含 PMTU 黑洞路由器的路径上的通信量）都将使用较小的 IP MTU。

确定有效的 PMTU 后，您可以通过以下步骤手动指定 TCP/IP 接口的 IP MTU：

1.	打开 Network Connections 文件夹，记下 LAN 连接的名称，如“Local Area Connection”。
2.	单击开始，单击“运行”，键入“regedit.exe”，然后单击“确定”。
3.	使用注册表编辑器工具的树图（左边窗格）打开如下键：HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control \Network\{4D36E972-E325-11CE-BFC1-08002BE10318}
4.	此键下面是与已安装的 LAN 连接相关联的全局唯一标识符 (GUID) 的一个或多个键。这些 GUID 键中的每一个都有一个 Connection 子键。打开每个 GUID\Connection 键，寻找值与第一步中记下的 LAN 连接的名称匹配的 Name 设置。
5.	如果找到包含与 LAN 连接匹配的 Name 设置的 GUID\Connection 键，请写下或记下该 GUID 值。
6.	使用注册表编辑器的树视图打开如下键：HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip \Parameters\Interfaces\GUID
7.	右键单击树视图中的“GUID”键，指向“新建”，然后单击“双字节值”。
8.	在注册表编辑器工具的内容窗格（右窗格）中，为新注册表设置的值键入 MTU，然后按 ENTER。
9.	在内容窗格中，双击新的 MTU 设置，并在“编辑双字节值”对话框中选择“十进制”，然后在“数值数据”中键入有效 MTU 值。
10.	单击“确定”。关闭注册表编辑器工具。
11.	重新启动计算机使 MTU 设置生效。

 

 

 

 

 

 

 

网络故障举例：[转自华为3COM全球服务论坛]

 

现象描述：
组网：
    PC－AR2831－AR2880－CISCO设备组成的核心网－SERVER
网络运行MPLS VPN;AR2880为PE;AR2831为CE，PE、CE间运行OSPF,多CE配置；路由器各接口MTU、TCP MSS值采用默认设置
AR2880：Version 3.30, Release 0008
AR2831：Version 3.30, Release 0008
现象1：
       AR2880路由器的以太口MTU使用缺省设置时,使用的OA系统(BS架构)部分流程无法运行,上网发邮件时附件无法粘贴；但是在cisco设备上，同样的组网没有发现问题；
现象2：
       将AR2880路由器的以太口MTU改为512测试,邮件附件可以粘贴,但OA主页打开后无内容,刷新不了；将AR2880路由器的以太口MTU改为1200测试,邮件附件可以粘贴,OA主页可以正常显示,但是点击OA系统的"起草公文"无页面弹出,正常状况下应弹出新建公文页面；

告警信息：
无  
原因分析：
原因分析：
可能是应用软件问题；可能是MTU 、TCP MSS值协商配置问题；
具体分析：
1、接口MTU、TCP MSS采用缺省值1500时，无法贴附件；
这是因为应用了三层MPLS VPN技术，增加了8bit的标签，MTU值协商出现问题。
AR28XX路由器默认在接口上自动分片，所以在普通的应用中采用默认值不会影响业务。但路由器接口上收到一个报文长度大于本接口MTU值的报文，如果该报文被强制打上不分片的标记，将丢弃报文，并返回一个ICMP差错报文（type 3,code 4），通知报文发起者丢弃原因。报文发起者将发送比较小的报文。通过多次上述报文协商，将得到对于某一个固定路径上的最小Mtu值，这个过程叫做Mtu Discovery ，通过MTU Discovery来确定报文路径上最小可通过的MTU；如果两个设备相连，没有MTU Discovery功能并且MTU值不一致，将可能导致丢弃报文。只有把双方设备的Mtu为对端设备MRU的最小值，才能正常通信。由于某些组网考虑到网络安全问题和性能，往往会把ICMP报文过滤掉，引起Mtu Discovery不能正常运行；应用软件由于程序算法问题或根本没有相应协商功能，也会导致了部分应用异常。
2、更改接口MTU值以后，仍然有部分业务不正常；
这是因为TCP MSS值协商的问题。
 MSS值的计算方法是：MSS=MTU-IP-TCP（如果有其他pppoe、加密报文头的话也同样减去），也就是说MSS值其实就是TCP所承载的净载荷的长度。由于AR28XX接口缺省的MTU是1500字节，故一般要求加密报文头+链路层开销+IP头（20-60字节）+TCP报文（20字节）小于1500字节，即TCP分片配置1200左右比较适合。缺省情况下，TCP报文不分片。因此TCP MSS不匹配也会引起部分应用异常。

处理过程：
      本例中通过修改路由器接口MTU、TCP MSS值，解决问题。
     具体报文mtu 、tcp mss大小要根据具体应用，按经验值进行尝试，选择最佳值；其中MTU值的选择可以通过ping命令设置不分片来进行测试；TCP MSS值的选择则可以通过MTU减去相应其它加密、链路层开销、IP头、TCP头等字节计算。
     具体过程如下：
     1、本例中使用cisco路由器时相关应用正常。初步估计是mtu值问题，但是对普通应用AR28系列路由器会自动分片，不会影响业务。测试发现在client上ping大包的时候，如果不设置不允许分片，业务正常。看来客户应用中做了不允许分片的设置或其它原因mtu协商错误。更改路由器接口mtu为1500-8＝1492以后，业务正常。
     2、更改接口mtu以后，其它部分业务还不正常。分析原因是tcp mss值的问题。减小tcp mss值8字节1460-8＝1452，但是还有部分业务不正常。询问软件集成商，得到答复部分软件中使用了加密技术。而且不同的应用加密强度不同。
     3、逐步调整路由器接口的tcp mss值，减到到1200以后，所有业务测试通过。

命令说明：
     1、mtu命令用来设置以太网接口的MTU（最大传输单元），undo mtu命令用来恢复MTU的缺省值。缺省的MTU为1500。使用mtu命令改变接口最大传输单元MTU后，需要先对接口执行shutdown命令，再执行undo shutdown命令将接口重启，以保证设置的MTU生效。
     2、tcp mss命令用来配置TCP报文分片，undo tcp mss命令用来取消TCP报文分片。

 

 

 

 

 

 

 

个人总结：

 

 

MTU=MSS+IP header+TCP header+链路层开销+加密报文头（某些程序加密强度不一样）

 

MTU，对UDP和TCP报文都检测，当超过时，如果报文DF=0 ，就进行分段，如果DF=1，就丢弃，同时返回RFC 792定义的ICMP Type3 Code 4（ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set）或 RFC 1191定义的ICMP包（包含转发失败链路的MTU），主机收到后会调节MSS以适应，后续包不会分片就可进行传输。如果两端之间某Router配置了ACL ，deny掉所有的ICMP，那就无法收到咯。

 

MSS其实就是TCP报文payload大小。一般的应用软件，当客户端和服务器端在建立TCP连接的时候需要根据实际传输的报文大小来协商TCP的窗口大小MSS。Tcp连接成功后会进行两次滑动窗口的协商,一次是pc与server，一次是与网关，然后在两次协商里选择一个较小的值作为窗口来发送报文。

 

当协商出来的MSS比较大时，加上IP header+TCP header+链路层开销+加密报文头后，就有可能大于MTU，当DF=1时，就会丢弃掉。

 

正如     所说：“对于UDP协议而言，这个协议本身是无连接的协议，对数据包的到达顺序以及是否正确到达不甚关心，所以一般UDP应用对分片没有特殊要求。”所以在路由器上进行ip tcp mss命令只对tcp packet检测就够了。

 

再提供一个案例：MSN是使用https方式登陆的，有时会有突发大报文，而且DF位是设置为1的。虽然目前大部分出现的故障现象都是：不能发送附件；不能打开网页等。都是在PPPoE中发生的。但就算源和目的网络的MTU都是1500，但是由于中间经过的节点链路可能存在不同，可能少于1500。或者在传输过程中的某个路由器设置了较小的MTU。而往往配置路由器或交换机时，习惯禁止了所有的ICMP信息，这样的话那路由器就无法返回ICMP 3/4的包给源主机了。 RFC 2923 （TCP Problems with Path MTU Discovery）。

 

所以，有时候出现的故障，不止要调试MTU值，还要调试MSS值，才能使所有应用正常

其实碰到此问题时，最好是借助Sniffer抓包分析（不过奇怪，锐捷NBR1000无法抓到ICMP Type 3 Code 4的包，所以无法抓包提供分析图，好可惜！是路由器不支持还是其他原因，以后有机会考证）

 

附：Sniffer抓包协助理解分片过程以及DF

 

 

 

上图是：Ping –l 2000 [url]www.163.com[/url]

首先看IP header，More fragments位为1，向对方通告此数据包为多帧发送（分段），total lengt=1300bytes（1280bytes+IP报头20bytes）。再看ICMP处，可以看到分了两个包，大小分别为1280bytes和728bytes，2008 bytes of reassembled data指明重组后的数据为2008bytes（icmp包头8bytes，数据2000bytes）。然后看DLC部分，指明了以太类型0800（IP），帧大小为1314bytes（ICMP的1280bytes+IP报头20bytes+帧14bytes）

 

 

再接着看下一个帧。首先看到DLC部分写着了帧大小为762bytes，IP部分，continuation of frame 17，第17个帧的后续。Fragment offset 分段偏移量为1280bytes（第一个包的大小）。至此，第一个icmp echo包全部发送完毕。

 

 

ping –f –l 1200 [url]www.163.com[/url]

-f命令：将数据报DF（don’t fragment）位设置为1（不能分段）