以太網最大報文長度1500，為何要超它？

既然Ethernet的最大報文長度是1500，我們有什么理由發送大的報文呢？大的報文會導致ip分段。

理想與現實的差距，網絡世界亦是如此。

無論是家庭局域網，還是互聯網，網絡接口絕大多數使用Ethernet接口，Ethernet接口標準的MTU= 1500 Bytes。這是Ethernet接口對于承載的上層貨物制定的硬性限制。

什么是上層貨物？

Ether-Type字段之后，FCS之前的數據字節，就是上層貨物。這個貨物可以為IP、ARP、IPv6等等。意味著，IP報文、ARP報文、IPv6報文最大尺寸為1500字節。通常稱它們為Packet。

1500字節包含Ethernet Header、Ethernet Tailer嗎？

不包括。當來自上層的貨物（Packet），被Ethernet接口自動添加了Ethernet Header、Ethernet Tailer，就不叫Packet，而是叫Frame。

最長的Ethernet Frame是多少？

Frame = Header + Packet + Tailer

= Destination+Source +Ether-Type+Packet+FCS

= 6 + 6 +2 + 1500 +4

= 1518

所以，Ethernet最長幀長度為1518字節，而不是1500字節。

每臺計算機都通過MTU=1500來限制上層貨物的大小。假設有一個IP Packet，報文長度為1500字節，正在離開家庭局域網某一臺電腦，經過電腦Ethernet口時，一切正常，順利通過。

然后IP Packet繼續上行，到達家庭局域網的出口處，也就是光貓的WAN接口，出了一點小狀況。之所以出狀況，是因為光貓是PPPoE撥號客戶端，IP Packet外層需要先被PPPoE包裹（Encapsulation），然后才能被Ethernet包裹。這兩層的包裹關系可以看下方示意：

Frame = Header + PPPoE + IP Packet+ Tailer

            = 14 + 8 + 1500+ 4

            = 1526

從Ethernet接口的眼光看來，來自上層的貨物不再是1500字節長的IP Packet，而是1508字節的PPPoE + IP Packet。

光貓的WAN口MTU = 1500，由于包裹的大小1508 > 1500 MTU，那么光貓需要將這個大包裹進行拆分成≤1500才能放行。

IP包裹的拆分，會大大影響光貓或其他網絡設備的數據吞吐性能，所以網絡設計時會想盡一切方法予以避免。那么在真實網絡里是如何避免IP包裹的拆分（分片）的？

手段千奇百怪，爭奇斗艷，但是不外乎兩種手段：

• 內卷
• 外卷

什么是內卷？

就是想盡一切辦法限制IP Packet的源頭（IP報文誕生地）的大小，通常小于標準MTU 1500字節。充分考慮IP報文端到端可能會添加形形色色的外層包裝，IP報文被添加了層層附加報文頭，在到達目的地的時候，依然≤1500字節，是不是一個好主意呢？

是的，這是現網中最完美的解決方案。還是以上文的例子為例，如果數據的源頭IP報文大小不是1500，而是1492，那么在光貓的WAN口，即使添加8個PPPoE字節頭，報文也不過1500字節長，依然可以順利通過。說的容易，如何實現呢？

TCP層面的限制

通過將MSS變小，從而間接將IP報文變小。

大家訪問知乎服務器，知乎服務器為了限制客戶端發出IP報文為1492，只需要在三次握手時使用MSS Option，將MSS 設置為1452即可。這種方法固然好，但是只能抵消因為添加PPPoE頭（8個字節）而增加的長度。

但是，如果在客戶端與服務器之間，還有公司的VPN存在，如何處理？

可以在VPN網關上，使用中間人技術（TCP Adjust-MSS），偷偷修改客戶端與服務器的TCP MSS，將其變得足夠小，可以充分抵消由于添加PPPoE、VPN而增加的報文頭。通常將MSS修改成1380可以應對絕大多數的網絡場景。

能不能將MSS修改成1000或更小？

當然可以，但是報文小會影響傳輸效率，所以1380是一個不錯的選擇。當然在復雜環境中，1380依然還是太大，可以繼續下調100字節到1280字節。

UDP層面的限制（應用層面的限制）

UDP是無狀態的，所以無法限制。為了限制數據源頭的IP報文大小，通常是在限制跑在UDP上的應用層的數據報文的大小。比如所有發出應用層報文限制在1380，少的120字節可以有效抵消互聯網附加的報文頭。

認證服務器Radius，是一個基于UDP的應用。為了避免報文被分片，有一些廠商將數據源頭限制在1180字節，少的320字節可以完全應對最嚴峻的網絡環境。

讀者是否覺得1180太保守？

廠商吃了太多關于MTU、IP報文分片的苦頭，經過多年的網絡實踐，將其定為1180。盡管保守，但是卻非常可靠。

一次網絡調試，其他廠商的Radius都出問題，唯獨這個保守的廠商沒有出問題。后來經過排錯，發現網絡端到端有效MTU不是1500，而是1450，而且不管DF是1還是0，只要超出1450統統無法通行。這家保守的廠商最后勝出！

IP層面的限制

通常IP層面不做限制，保持標準MTU = 1500。完全依賴于TCP、應用層面的限制。

但是，如果各位電腦上遠程使用VPN，本地VPN接口MTU通常為1380甚至更小，這是IP層面的限制。談完內卷，再談談外卷。

外卷

網絡設備將MTU上調到大于1500，充分考慮到網絡可能附加的報文頭。

依然以第一個例子為例，如果光貓的WAN接口MTU = 1508而不是1500，既然添加了8個字節的PPPoE報文頭，是不是也無需拆分IP報文？

是的。

假設IP報文順利離開光貓WAN口，進入運營商交換機，交換機上行Tunk口MTU = 1508夠用嗎？

不夠，因為報文又被添加了一層或者兩層802.1Q，用于承載VLAN信息。怎么辦？

很好辦，只要將Trunk口的MTU上調為1516甚至更大，完全Cover由于增添報文頭而帶來報文長度的增加。

一句話概述，就是網絡設備將MTU大大調大，用于容納由于添加報文頭而增加的長度，避免由于報文頭增加而引起的IP報文分片。

最后，IP報文越長傳輸效率越高，IP報文最長為65536字節。為何Ethernet接口不能將MTU設置為65536字節，而是限制在1500字節？

這是一個歷史遺留問題。Ethernet發送方與接收方時鐘需要同步，發送長幀意味著更長的發送時長。接收方很難保持與發送方的時鐘同步，時鐘偏移變大，出錯的概率就會上升。為了限制錯誤率，將幀的長度做了上文的限制。

90年代數字信號處理器DSP技術進步，鎖相環技術進步，帶來Ethernet傳輸技術進步。即使發10000字節長幀，雙方依然可以保持時鐘同步，出錯概率依然很小。當前的路由器、交換機支持MTU到9800字節、甚至更大。

在數據中心的網絡里，為了提高數據的傳輸效率，通常采用外卷法，交換機MTU設置為9800甚至更大，當服務器與服務器之間使用9100字節進行通信時，無需任何IP分片，IP報文暢通無阻，將數據傳輸的效率最大化！