Информация в компьютерных сетях передается в виде небольших сформированных блоков данных (иначе говоря, пакетов). Каждый пакет помимо пересылаемой информации содержит еще и служебные данные, составляющие так называемый заголовок (header) пакета. Эти служебные данные нужны для определения целостности данных, используемой версии сетевых протоколов и т.д. При этом размер полезного блока данных ограничивается определенным количеством байт. Делается это для того, чтобы снизить вероятность потерь информации и уменьшить время повторной пересылки пакета в случае появления проблем с подключением.
MTU – что это?
MTU (от англ. Maximum transmission unit) – это максимальный объем данных, передаваемый по сети без дальнейшего фрагментирования (одним пакетом). Любая информация, объем которой превышает значение MTU, автоматически разбивается на небольшие блоки данных перед отправкой по сети. Возможные значения MTU зависят от используемого типа подключения к сети. Так, при использовании PPoE (в основном с ADSL и подобными технологиями) максимальное значение параметра MTU составляет 1492 байта (стандартные 1500 байт для Ethernet минус восемь байт заголовков), а при использовании Wi-Fi MTU может достигать 2304 байт.
В современных ОС оптимальное значение MTU зачастую вычисляется самой системой или берется из настроек маршрутизатора (обычно значение MTU задается в разделе WAN сетевых настроек устройства). Если проблем с доступом к Интернету не наблюдается, значение MTU лучше не менять. Однако, если возникли проблемы со связью и вы предполагаете, что они могут быть связаны с фрагментацией сетевых пакетов, попробуйте изменить значение MTU.
Сделать это можно не только через изменение соответствующей настройки маршрутизатора, но и средствами операционной системы. Перед тем как менять MTU, необходимо рассчитать оптимальное значение этого параметра. Расскажем, как это делается.
Рассчитываем значение MTU
Найти оптимальное значение MTU можно с помощью старой-доброй команды ping. Предположим, что мы определяем значение этого параметра для проводного подключения. Открываем командную строку Windows и пишем такую команду:
ping www.google.com -f -l 1472
В Linux команда обычно имеет вид ping -M do -s 1472 www.google.com, а в macOS ping -D -s 1472 www.google.com (в некоторых версиях систем ключи могут отличаться, рекомендуем обратиться к man ping, если команда не работает). В данном случае мы отправляем по адресу www.google.com пакеты размером 1472 байта и запрещаем фрагментировать данные. Если пакеты такого размера не могут быть отправлены, команда сообщит, что необходима фрагментация пакета. Перезапустите эту команду несколько раз, постепенно уменьшая размер пакета на 8–10 байт. В итоге после нескольких попыток вы подберете значение размера, при котором отсылка данных состоится. Помните: если используется беспроводное подключение, размер пакета может быть больше 1500 байт.
Запомните полученное значение и прибавьте к нему 28 байт (длина служебных заголовков). Получившееся значение – это оптимальное (или близкое к оптимальному) значение MTU для вашей сети.
Устанавливаем значение MTU
Теперь вы знаете, какое значение MTU можно использовать в вашей домашней сети. Укажем операционной системе, что необходимо использовать именно его (дальнейшие примеры иллюстрируют настройку сети IPv4).
В Windows открываем командную строку с правами администратора и выполняем команду:
netsh interface ipv4 show subinterfaces
На экране появится список всех сетевых подключений, их названия и текущий размер MTU. Запоминаем название нужного нам подключения и пишем следующую команду:
netsh interface ipv4 set subinterface Ethernet mtu=1450 store=persistent
Здесь Ethernet – название интерфейса (может быть другим), 1450 – выбранный размер MTU. Если название состоит из нескольких слов, его надо указывать в кавычках.
Для отключения автоматической настройки MTU можно выполнить команду:
netsh int tcp set global autotuninglevel=disabled
Включить автоматическое определение MTU можно той же командой с параметром autotuninglevel=normal.
Если необходимо сбросить настройки к исходному состоянию, выполняем команду:
netsh interface ipv4 reset
В Linux настройка MTU осуществляется с помощью команды ip. Посмотрим текущее значение MTU:
$ ip link show | grep mtu
# ip link set eth0 mtu 1450
Здесь eth0 – название интерфейса, оно может быть другим на вашем компьютере. Для того чтобы выбранное значение MTU использовалось постоянно при каждом входе в систему, необходимо прописать значение в файл /etc/network/interfaces, либо создать модуль для systemd. Рекомендуем обратиться к документации используемого дистрибутива для получения более подробной информации.
В macOS посмотреть размер MTU для подключения en0, а затем установить значение параметра можно в терминале:
networksetup -getMTU en0
networksetup -setMTU en0 1450
Вы можете указать размер MTU и в настройках маршрутизатора. Во многих моделях роутеров соответствующая настройка находится в разделе WAN. Более подробную информацию можно получить на сайтах производителей сетевого оборудования.
При ручной настройке MTU учитывайте, что слишком маленький размер блока данных устанавливать не рекомендуется, чтобы не создавать дополнительную нагрузку на процессор маршрутизатора. Также напомним еще раз: если ваше сетевое подключение работает нормально, значение MTU менять не стоит. Параметры, установленные провайдером или производителем маршрутизатора, вполне подходят для подавляющего большинства пользователей.
В тот момент, когда хост должен передавать данные через интерфейс, он ссылается на максимальный размер полезного блока данных для одного пакета Maximum Transmission Unit, чтобы определить, сколько данных он может поместить в каждый пакет. Например, интерфейсы Ethernet имеют MTU по умолчанию 1500 байт, не включая заголовок или трейлер Ethernet. Это означает, что хост, которому необходимо отправить данные по TCP-протоколу, обычно будет использовать первые 20 из этих 1500 байтов для заголовка IP, следующие 20 для заголовка TCP, а оставшиеся 1460 байт для полезной нагрузки. Инкапсуляция данных в пакеты максимального размера, подобные этому, позволяет потреблять полосу пропускания наиболее эффективно, минимизируя использование служебного трафика протокола передачи данных. Оптимальный размер MTU - ключ к эффективному использованию сетевых каналов передачи данных и снижению нагрузки на сетевое оборудование.
К сожалению, не все устройства в сети Интернет имеют одинаковый максимальный размер полезного блока данных MTU. MTU может различаться в зависимости от типа физического носителя или сконфигурированной инкапсуляции (например, туннелирование GRE или шифрование IPsec). Когда маршрутизатор решает переслать IPv4 пакет через интерфейс и определяет, что размер пакета превышает MTU интерфейса, маршрутизатор должен разбить пакет так, чтобы передать его как две (или более) отдельные части, каждая из которых не превышает предельный размер MTU канала между абонентами. Фрагментация довольно дорого стоит, как в ресурсах маршрутизатора, так и в использовании полосы пропускания. Должны быть созданы новые заголовки и прикреплены к каждому фрагменту. В спецификации протокола IPv6 из маршрутизатора полностью удалена фрагментация пакетов, но эта тема для отдельного разговора.
Определение оптимального размера MTU пакета данных
Чтобы использовать канал наиболее эффективным образом, хосты должны определить оптимальный размер MTU - это минимальный MTU среди всех узлов на пути между хостами. Например, для двух хостов, путь между которыми состоит из 3-х маршрутизаторов с различными максимально возможными размерами пакетов: 1500, 800 и 1200 байтов, каждый из конечных хостов должен принять наименьший размер пакета 800 байт, чтобы избежать фрагментации.
Do not Fragment и Destination Unreachable, Fragmentation Needed
Пакеты могут перемещаться по сетям произвольным образом и невозможно заранее просчитать все маршруты и максимальный размер пакетов для каждого подключения. В RFC 1191 прописана методология определения размера MTU. Процесс, посредством которого хост для конкретного подключения может обнаруживать меньший размер MTU, чем поддерживает его собственный сетевой интерфейс. Ключевыми являются два компонента: бит “Не фрагментировать” (Do not Fragment (DF)) заголовка IP и субкод сообщения ICMP-протокола Destination Unreachable, Fragmentation Needed.
Установка бита DF в IP-пакете не позволяет маршрутизатору выполнять фрагментацию, когда он обнаруживает MTU меньше, чем размер пакета. Вместо этого пакет отбрасывается и по ICMP отправителю приходит сообщение о необходимости фрагментации пакетов. По сути, маршрутизатор указывает, что для отправки далее ему необходимо разбить пакет на части, но флаг Don’t Fragment (DF) не позволяет это сделать. RFC 1191 расширяет ICMP-сообщение, запрашивающее фрагментацию, с включением размера MTU для текущего подключения.
Теперь, когда был обнаружен максимальный размер пакета для подключения, хост может кэшировать это значение и формировать последующие соответствующего размера. Обратите внимание, что обнаружение максимального размера пакетов для конкретного подключения является непрерывным процессом. В случае использования динамической маршрутизации и перестроении маршрута между отправителем и получателем хост периодически продолжает попытки установить флаг DF для обнаружения дальнейшего уменьшения размера пакетов. RFC 1191 также позволяет периодически тестировать возможность увеличения максимального размера пакетов для каждого маршрута, иногда пытаясь передать пакет больше, чем кешированный. Если пакет передается успешно, то значение предельно допустимого размера пакета увеличивается.
В компьютерных сетях термин maximum transmission unit (MTU) означает максимальный размер полезного блока данных одного пакета (англ. payload), который может быть передан протоколом без фрагментации. Обычно заголовки протокола не входят в MTU, но в некоторых системах в некоторых протоколах заголовки могут учитываться. Когда говорят об MTU обычно имеют в виду протокол канального уровня сетевой модели OSI.
Однако, этот термин может применяться и для других уровней:
L1 — media mtu (полный L2 кадр);
L2 — mtu, hw mtu, system mtu;
L3 — ip mtu (ip заголовок учитывается), mtu routing;
L4 — tcp mssВнесистемные: tunnel mtu, vlan mtu, mpls mtu.
Ограничение на максимальный размер кадра накладывается по нескольким причинам:
Для уменьшения времени на повторную передачу в случае потери или неисправимого искажения пакета. Вероятность потерь растёт с увеличением длины пакета.
Чтобы при полудуплексном режиме работы хост не занимал долгое время канал (также для этой цели используется межкадровый интервал (англ. Interframe gap)).
Чем больше отправляемый пакет, тем больше ожидание отправления других пакетов, особенно в последовательных интерфейсах. Поэтому маленький MTU был актуален во времена медленных коммутируемых соединений.
Малый размер и быстродействие сетевых буферов входящих и исходящих пакетов. Однако слишком большие буферы тоже ухудшают производительность.
Значение MTU определяется стандартом соответствующего протокола, но может быть переопределено автоматически для определённого потока (протоколом PMTUD) или вручную для нужного интерфейса. На некоторых интерфейсах MTU по умолчанию может быть установлено ниже максимально возможного. Значение MTU ограничено снизу как правило минимально допустимой длиной кадра.
Для высокопроизводительной сети причины, вызвавшие начальные ограничения MTU, устарели. В связи с этим для Ethernet был разработан стандарт Jumbo-кадров с увеличенным MTU.
Хост знает значение MTU для собственного (возможно и своих соседей) интерфейса, но минимальное значение MTU для всех узлов сети обычно неизвестно. Другая потенциальная проблема заключается в том, что протоколы более высокого уровня могут создавать пакеты большего размера, не поддерживаемые другими узлами сети.
Прохождение больших пакетов по сети с фрагментацией. Для устранения этих проблем IP поддерживает фрагментацию, что позволяет разбивать дейтаграмму на меньшие кусочки, каждый из которых будет достаточно мал, чтобы беспрепятственно пройти через узел, из-за которого происходит фрагментация. Фрагменты пакетов маркируются таким образом, чтобы IP целевого хоста мог произвести сборку фрагментов в оригинальную дейтаграмму. Недостатки фрагментации пакетов, заключающиеся в скорости.
Хотя фрагментация решает проблему несоответствия размеров пакетов и значения MTU, она ощутимо снижает производительность сетевых устройств. В связи с этим, в 1988 году была предложена альтернативная технология, названная Path MTU discovery (RFC 1191). Суть технологии заключается в том, что при соединении двух хостов устанавливается параметр DF (don’t fragment — не фрагментировать), который запрещает фрагментацию пакетов. Это приводит к тому, что узел, значение MTU которого меньше размера пакета, отклоняет передачу пакета и отправляет сообщение ICMP «необходима фрагментация, но установлен флаг её запрета (DF)». Хост-отправитель уменьшает размер пакета и отсылает его заново. Такая операция происходит до тех пор, пока пакет не будет достаточно мал, чтобы дойти до хоста-получателя без фрагментации.
Однако, и у этой технологии существуют потенциальные проблемы. Некоторые маршрутизаторы настраиваются администраторами на полное блокирование ICMP пакетов (это не очень грамотно, но может быть самым простым решением нескольких проблем безопасности). В результате, если размер пакета не соответствует значению MTU на определённом участке, пакет отбрасывается, а хост-отправитель не может получить информацию о значении MTU и не отправляет пакет заново. Поэтому соединение между хостами не устанавливается. Проблема получила название MTU Discovery Black Hole (RFC 2923), и протокол был модифицирован для детектирования таких маршрутизаторов.
Поскольку Windows (XP,7,8) автоматически выбирает наилучшее MTU (PMTU), в нашем случае необходимо просто удостовериться, что для этого соединения не установлено какое-то, отличное от оптимального, фиксированное значение. Кстати, это самое оптимальное значение выяснить довольно легко, проведя несложный эксперимент. Откройте консоль cmd.exe и введите в ней команду:
PING -f -l 1472 xxx.xxx.xxx.xxx
где xxx.xxx.xxx.xxx — IP-адрес шлюза вашего провайдера,
F запрещает фрагментацию пакета,
L устанавливает размер пакета.
Если вы получите в ответ что-то типа “Reply from xxx.xxx.xxx.xxx: bytes=1472 time=144ms TTL=10”, то это будет означать что MTU=1500 (28 байт заголовка не учитываются). Если же ответ будет “Packet needs to be fragmented but DF set”, то уменьшайте значение 1472 до тех пор, пока не получите прохождение пакета — это значение плюс 28 байт заголовка и будет равным искомому MTU.
Полученное значение (+28 байт заголовка) необходимо сравнить со значением MTU, используемым системой, которое можно определить с помощью команды, в той же командной строке:
netsh interface ipv4 show subinterfaces
(В результате будет выведено значение MTU для сетевых интерфейсов ipv4).
Изменить значение MTU в ос Windows (XP,7,8) можно с помощью комманды
(Действие по изменению параметров настройки желательно выполнять только опытному пользователю, так как неверное значение повлияет на работу сети в худшую сторону!!!):
netsh interface ipv4 set subinterface “ХХХХХХХХ” mtu=1500 store=persistent
Где ХХХХХХХХ - Название сетевого интерфейса (По умолчанию - "Подключение по локальной сети", для удобства можно переименовать, например в Lan1 в папке "Сетевые подключения" в "Панели управления").
В отличии от ОС Windows большинство роутеров (Wi-Fi Домашних маршрутизаторов) используют статическую настройку MTU, указанную в настройках роутера. По умолчанию значение MTU 1500.
Провайдер "Триолан" обеспечивает передачу пакетов Ethernet максимального полезного размера, которому соответствует настройка MTU 1500.
Есть провайдеры, настройка сети которых ограничивает размер MTU до значений меньше 1500. Зачастую это связано с использованием протоколов дополнительной инкапсуляции (PPPoE,L2P и др.). В таком случае ОС Windows настраивает необходимое значение MTU по протоколу PMTU, но в случае возникновения проблем, могут потребоваться настройки, описанные выше. Чаще проблемы с MTU связанны именно с роутерами, в которых неверно настроено значение MTU.Для сетей "Триолан" это значение составляет 1500, для других сетей - может быть опредено с помощью командной строки, как описано выше.
У вас недогружаются странички в браузере? Некоторые из них открываются только со второго или третьего раза? Потоковое видео с просторов интернета идет с прерываниями? Скорее всего, проблема заключается в неправильно выставленном параметре MTU вашего роутера.
Теория (кому просто нужно подобрать MTU, можете не читать, а сразу начинайте пользоваться программой)
Весь трафик в сети передается так называемыми пакетами данных. При коммутируемом доступе (это когда провод от провайдера вставлен в ваш компьютер) используется минимально возможная величина пакета в 576 байт, и это как раз и есть параметр MTU. Если у вас стоит роутер, то в нем выставлено значение по умолчанию, обычно 1492. Однако провайдер более жестко регламентирует MTU и чаще всего оно меньше. В итоге получается несоответствие величин, и роутеру для передачи приходится разбивать пакет на части, что называется фрагментацией. Мало того, что вместо одного такта на передачу одного пакета уходит два, но еще и имеет место потеря пакетов. Как следствие — тормозящий интернет, подолгу зависающие странички, медленно загружающееся видео и прочие-прочие «прелести».
Решается проблема достаточно просто: нужно просто позвонить в офис провайдера и задать вопрос о величине параметра, или же самостоятельно подобрать оптимальный параметр MTU, при котором пакеты не будут фрагментироваться. Первый вариант может оказаться и самым простым, и самым же сложным. Дело в том, что девушки, сидящие на телефонах, чаще всего не имеют даже понятия о том, какие параметры установлены в их сети. «Что, МТУ? Может, МТС? Нет, мы не офис МТС, мы у них не выставляем никакие параметры» — вот что, вероятнее всего, вы рискуете услышать в ответ на вопрос. Поэтому не тратим времени на переговоры, а сразу идем подбирать параметр MTU. Производится подбор путем передачи пакетов разной величины с запретом фрагментации. При тестах используется коммутируемый доступ, то есть без роутера .
Для подбора MTU используется пинг-тест командой вида ping ya.ru — f — l xxxx , где xxxx — значение MTU, ya.ru — пингуемый сервер (может быть любым из существующих) + параметры запрета фрагментации. Взяли максимальное значение, пинганули. Если потери составляют больше нулевого значения, значит, MTU неверный. Снижаем с шагом 8. И так далее, пока потери не составят 0%. Первое же значение MTU, при котором потери исчезнут, и будет оптимальным.
Но каждый раз набирать в командной строке этот набор символов не очень удобно, а скопировать и вставить из буфера не получится. Чтобы облегчить задачу, я написал маленькую программу, которая будет автоматически формировать команду для пинг-теста и выполнять его, постепенно снижая MTU. Вам нужно только следить за показателем потерь и нажимать кнопку Enter. Все остальное написано в окошке программы.
Когда значение MTU найдено, к нему надо прибавить 28 (на заголовки IP и ICMP) и ввести в соответствующее поле настроек роутера . У разных роутеров они разные, поэтому не спрашивайте меня, где ввести параметр у роутера какой-либо определенной модели. Всем добра!
Для точного определения MTU нужно указать значение по умолчанию - 1500.
Существует огромное количество утилит, которые позволяют это сделать да и не только это. Наиболее распространенные - Internet Tweak 2001 http://www.magellass.com/ , NetBoost 99 http://www.download.ru/ , iSpeed http://www.hms.com/ , MTUSpeed http://www.mjs.u-net.com/ , BlazeNET http://www.indeavour.com/html_about_blazenet.htm . Если же у вас нет. возможности запустить одну из вышеперечисленных программ, сделайте это вручную - с помощью реестра Windows.
В разделе
HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\ Services\Class \NetTrans\OOOx.
Если там есть параметр MaxMTU - удалите его. Далее, в Панели управления запустите утилиту Сеть, на вкладке Конфигурация выберите элемент списка Контроллер удаленного доступа и нажмите кнопку Свойства. Откроется диалоговое окно Свойства: Контроллер удаленного доступа. На вкладке Дополнительно в группе параметров Свойство выберите элемент списка Размер пакета IP, а в группе параметров Значение - большой (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Диалоговое окно Свойства: Контроллер удаленного доступа
Тем самым MTU становится равным 1500. Для того чтобы изменения вступили в силу, перезагрузите компьютер.
Чтобы проверить, будут ли фрагментироваться пакеты, нужно установить соединение с Интернетом. Для этого можно использовать программу Ping, входящую в состав любой операционной системы семейства Windows.
В ней. нужно задать такие параметры:
ping -f -1 1500 ххх.ххх.ххх.ххх
где ххх. ххх. ххх. ххх - IP-адрес тестируемого сервера.
Для тестирования MTU гораздо удобнее использовать современные программы с графическим интерфейсом. Существует огромное количество таких программ. Например, IP Tools. Для начала нужно определить IP-адрес тестируемого сервера, чтобы избежать потери времени, отводимого на запрос DNS.
Для этого воспользуйтесь командой Traceroute. Нажмите кнопку Пуск
в левом нижнем углу экрана, выберите команду Выполнить
и в появившемся окне наберите
ping -f -I 1500 ххх.ххх.ххх.ххх
где ххх.ххх.ххх.ххх - IP-адрес тестируемого сервера. Наиболее благоприятное время для проверки MTU для коммутируемого соединения - ночь. Тогда нагрузка на линии связи наименьшая.
В случае если никакого ответа не получено - пакет потерян. Причем потому, что фрагментировать мы его запретили, а размер слишком велик для оборудования провайдера. Начинайте постепенно уменьшать размер пакета. Например, вместо значения MTU 1500 установите 1480 и т. д., до тех пор, пока ответ не будет получен.
Возможно, ваш интернет-провайдер использует меньшее значение. Например, 1524, 1152, 1024, 1006, 576, 568, 560, 552, 548, 536, 528, 520, 512.
Этот эксперимент подтвердил нашу догадку - интернет-провайдер может использовать любой размер пакета, вплоть до 1500. Если вам еще не надоело экспериментировать - попробуйте загрузить файл размером в 500 Кбайт с одного и того же сервера при различных значениях MTU.
Скорее всего, вы поймете, что скорость больше при использовании больших
пакетов. Повторюсь, что это только, если ваш провайдер может принимать их, не фрагментируя. Также, если "пинговать" многие ваши любимые сайты нефрагментируемым пакетом, вы увидите, что почти все нормально принимают пакеты размером 1500.
И что? Вы можете спросить: "Где же тот самый рекомендуемый MTU, равный 576?" А его, как оказывается на деле, почти нигде и нет. Поэтому лучшим советом может стать - не следовать чужим рекомендациям, проводить собственные исследования, которые могут дать реальные результаты.
Действительно, на качество и скорость работы в Сети сильное влияние оказывает фрагментация пакетов, которая происходит, если большой пакет проходит через сеть, имеющую MTU меньше, чем длина вашего пакета.
Можно, конечно, перестраховаться и выбрать самый минимальный размер MTU, при котором пакеты наверняка не будут фрагментироваться, но это может сказаться на быстродействии вашей системы еще более пагубно, чем использование больших пакетов. На самом же деле, главное - чтобы ваш MTU не превосходил MTU провайдера, при включенной же функции
PMTU система сама найдет для ваших пакетов такой путь в Сети, при котором они не будут фрагментироваться.
Кстати, если вы обнаружите, что у провайдера установлено MTU=512 и менее, то есть смысл подумать о его смене - слишком много шлака будет передаваться вместе с вашими данными.
