【网络】MTU相关网络丢包问题分析处理

2022-09-17 本文已影响0人 Bogon

一、 MTU MSS 概念

什么是MTU？

MTU是数据链路层的概念，限制的是数据链路层payload的大小，即上层协议大小(包括上层协议头)

例如设置主机接口mtu为1450。则在一个TCP报文中，1450 = 20字节IP头 + 20字节TCP头 + 1410TCP数据。

什么是MSS？

MSS最大报文段，是TCP中一个选项，用于在TCP连接建立时，收发双方协商通信时每一个报文段所能承载的最大数据长度(注意不包含TCP头部大小)

如何探测路径MTU值？

Linux主机中: 执行ping x.x.x.x -s 1422 -M do ，x.x.x.x是目标地址，-s指明icmp报文的数据部分大小(不包含icmp 8字节头部)。
-M do 表示不允许分片。多试几次，找到临界点。
以mtu为1450为例，1450 = 20字节IP头 + 8字节icmp头 + 1422数据，则-s指定为1422可以正常通过

Windows主机中: 执行ping x.x.x.x -l 1472 -f ，x.x.x.x是目标地址，-l指明icmp报文的数据部分大小(不包含icmp 8字节头部)，-f表示不允许分片。

二、案例分析

从路径上看，丢包点大致可以有下面几个位置：

1. 数据中心外部丢包

2. 数据中心内部丢包

3. 主机内部丢包

对于数据中心内部丢包问题，最重要的是能 “界定问题边界”，换句话说，这是谁的锅？
拥有自己数据中心的，往往会由网络工程师负责配置网络，系统工程师管理主机/虚拟化环境。界定的边界办法可以是：


1）长ping 网关地址，如果出现丢包，十有八九是网络设备有问题。

2）使用MTR看路径上丢包点。

3）抓包分析

MTU丢包

1.检查接口MTU配置，ifconfig eth1/eth0，默认是1500；

2.进行MTU探测，然后设置接口对应的MTU值；

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解决方案：

1. 根据实际情况，设置正确MTU值；

2. 设置合理的tcp mss，启用TCP MTU Probe

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_mtu_probing

tcp_mtu_probing - INTEGER Controls TCP Packetization-Layer Path MTU Discovery.
Takes three values:
0 - Disabled 
1 - Disabled by default, enabled when an ICMP black hole detected
2 - Always enabled, use initial MSS of tcp_base_mss.

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MTU带来的问题实在太多了，但凡做过运维、实施或者技术支持的工程师，或多或少都会遇到。
一个典型的MTU问题发生在类似图1的环境中，即两个子网的MTU大小不一样。

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当客户端发给服务器的巨帧经过路由器时，或者被丢包，或者被分片。
这取决于该巨帧是否在网络层携带了DF（Don’t fragment）标志。
如果带了就被丢弃，如果没带就被分片。

从Wireshark上很容易看到DF标志，如图2中的方框内所示。
分片的情况往往被忽略，因为它只影响一点点性能，大多数时候甚至察觉不出。
丢包的情况就无法忽略了，因为丢包之后再重传多少遍都没用，会一直丢，整个传输就像掉进了黑洞，所以往往会导致严重的后果。

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对于 TCP来说，要尽量避免分片。
因为必须所有分片都到达才能重组成一个包，其中任何一个分片丢失了，都必须重发所有分片。
分片会增大丢包和乱序的概率，同时也会增加时延。

如果在TCP报文经过的传输网络中有某个设备的MTU设置得太小，则它会将收到的IP报文进行分片。
分片会增大丢包和乱序的概率，同时也会增加时延。

MTU不等，大的数据包就被拆开来传送，这样会产生很多数据包碎片，增加丢包率，降低网络速度。
不同设备和不同网络对接一定要注意一下MTU值，设置一定要相同，就可以减少丢包，否则会降低网络速度或打不开网页，无法上传数据甚至业务不通。

为什么说 MTU 值会影响网速呢？

在 Win 系统中，MTU 值默认是 1500。假设我们现在要传输 3000 字节的数据，只需要拆分成 2 个数据包就行了。
而如果是 ADSL 接入方式，它的 MTU 值是 1492 的话，则 3000 字节的数据需要分为 3 个数据包传送。
由于数据包的数量增多了，同时拆包组包都需要额外消耗时间，因此网速变慢也就不足为奇了。

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一次MTU问题导致的RDS访问故障
https://mp.weixin.qq.com/s/b2bk1dRDJwHCWp7cN_Vy1Q

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1. 在DF位没有置1情况下，IP数据包大小超过接口MTU值时，IP数据包会切片(framed)

2. 在DF位没有置1情况下，已经切片的IP数据包在转发过程中不会组装

注：如直连的2个接口，一个MTU为1500，另一个MTU不是1500，可能会产生丢包
（原因：MTU就是MRU；切片发生在数据包发出时，不发生在接收时）

MTU一经确定不再改变？

实际上MTU并不是确定了之后就一直不变的，每个端上查看到的MTU并非是最终的MTU大小，这个怎么理解呢？

大部情况下，网络发送端都需要经过各种中间设备才能到达目标机器，这些中间设备可能是路由器、交换机、中间代理服务器等等，这些设备的MTU大小可能有大有小，更糟糕的是，每次走的路径不一样MTU大小可能也不一样。

那么，假如我们的发送端的MTU是1500，中间某个交换机或者路由器的MTU是200字节，当数据包到达这个设备的时候IP层就会触发拆包，很明显如果出现这种情况网络传输效率会大幅降低。
那么有什么办法可以解决这个问题呢？

我们可以思考一下，要解决这个问题其实只要找到链路中最小的MTU就可以了，那么，我们如何感知中间设备的MTU呢？
有一个叫ICMP的协议可以在中间设备出现异常的时候将异常返回，从而发送端可以感知到，关于ICMP协议这里不展开，有兴趣可以自行去了解。

实际上，TCP协议已经实现了链路MTU的探测，叫做PMTU，原理就是设置IP报头DF不分片位置为不分片，这样当遇到比MSS小的MTU的设备，这个设备就会返回一个ICMP报文，里面携带了错误消息和可接受的MTU大小。