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分类: LINUX

2012-05-27 20:00:44

[背景知识] 
MTU: Maxitum Transmission Unit 最大传输单元 
MSS: Maxitum Segment Size 最大分段大小
PPPoE: PPP Over Ethernet(在以太网上承载PPP协议) 

[分析过程] 
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。 

介绍完这三位猪脚s 
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。
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