Μονάδα μέγιστης μετάδοσης (MTU)

Μονάδα μέγιστης μετάδοσης (MTU)

Στη δικτύωση υπολογιστών, ο όρος Μέγιστη Μονάδα Μετάδοσης (MTU) αναφέρεται στο μέγεθος (σε byte) του μεγαλύτερου PDU που μπορεί να περάσει ένα δεδομένο επίπεδο ενός πρωτοκόλλου επικοινωνίας και μετά. Οι παράμετροι MTU εμφανίζονται συνήθως σε συνδυασμό με μια διεπαφή επικοινωνίας (NIC, σειριακή θύρα, κ.λπ.). Το MTU μπορεί να καθοριστεί βάσει προτύπων (όπως συμβαίνει με το Ethernet) ή να αποφασιστεί κατά το χρόνο σύνδεσης (όπως συμβαίνει συνήθως με τις σειριακές συνδέσεις από σημείο σε σημείο). Ένα υψηλότερο MTU φέρνει μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα επειδή κάθε πακέτο μεταφέρει περισσότερα δεδομένα χρήστη, ενώ τα γενικά έξοδα πρωτοκόλλου, όπως οι κεφαλίδες ή οι υποκείμενες καθυστερήσεις ανά πακέτο παραμένουν σταθερά, και η υψηλότερη απόδοση σημαίνει μια ελαφρά βελτίωση στην απόδοση του μαζικού πρωτοκόλλου. Ωστόσο, τα μεγάλα πακέτα μπορούν να καταλαμβάνουν μια αργή σύνδεση για κάποιο χρονικό διάστημα, προκαλώντας μεγαλύτερες καθυστερήσεις στην παρακολούθηση των πακέτων και αύξηση της καθυστέρησης και της ελάχιστης καθυστέρησης. Για παράδειγμα, ένα πακέτο 1500 byte, το μεγαλύτερο που επιτρέπεται από το Ethernet στο επίπεδο δικτύου (και επομένως το μεγαλύτερο μέρος του Διαδικτύου), θα έδενε ένα μόντεμ 14.4 k για περίπου ένα δευτερόλεπτο.

Ανακάλυψη μονοπατιού MTU
Το Πρωτόκολλο Διαδικτύου ορίζει τη «διαδρομή MTU» μιας διαδρομής μετάδοσης στο Διαδίκτυο ως τη μικρότερη MTU από οποιοδήποτε από τα IP hops της «διαδρομής» μεταξύ μιας πηγής και του προορισμού. Με άλλα λόγια, η διαδρομή MTU είναι το μεγαλύτερο μέγεθος πακέτου που διασχίζει αυτή τη διαδρομή χωρίς να υποστεί κατακερματισμό.

Το RFC 1191 περιγράφει την «ανακάλυψη μονοπατιού MTU», μια τεχνική για τον προσδιορισμό της διαδρομής MTU μεταξύ δύο κεντρικών υπολογιστών IP. Λειτουργεί ορίζοντας την επιλογή DF (Don't Fragment) στις κεφαλίδες IP των εξερχόμενων πακέτων. Οποιαδήποτε συσκευή κατά μήκος της διαδρομής της οποίας το MTU είναι μικρότερο από το πακέτο θα απορρίψει τέτοια πακέτα και θα στείλει πίσω ένα μήνυμα ICMP "Destination Unreachable (Datagram Too Big)" που περιέχει το MTU του, επιτρέποντας στον κεντρικό υπολογιστή πηγής να μειώσει κατάλληλα την υποτιθέμενη διαδρομή του MTU. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται έως ότου το MTU είναι αρκετά μικρό για να διασχίσει ολόκληρη τη διαδρομή χωρίς κατακερματισμό.

Δυστυχώς, ο αυξανόμενος αριθμός δικτύων μειώνει την κυκλοφορία ICMP (π.χ. για την αποτροπή επιθέσεων άρνησης υπηρεσίας), γεγονός που εμποδίζει τη λειτουργία της ανακάλυψης μονοπατιού MTU. Κάποιος συχνά εντοπίζει τέτοιο μπλοκάρισμα στις περιπτώσεις όπου μια σύνδεση λειτουργεί για δεδομένα χαμηλού όγκου αλλά κολλάει μόλις ένας κεντρικός υπολογιστής στέλνει ένα μεγάλο μπλοκ δεδομένων κάθε φορά. Για παράδειγμα, με το IRC ένας πελάτης σύνδεσης μπορεί να δει μέχρι το μήνυμα ping, αλλά μετά από αυτό δεν θα λάβει καμία απάντηση. Αυτό συμβαίνει επειδή το μεγάλο σύνολο των μηνυμάτων καλωσορίσματος αποστέλλονται σε πακέτα μεγαλύτερα από το πραγματικό MTU. Επίσης, σε ένα δίκτυο IP, η διαδρομή από τη διεύθυνση πηγής στη διεύθυνση προορισμού συχνά τροποποιείται δυναμικά, ως απόκριση σε διάφορα συμβάντα (ισορροπία φορτίου, συμφόρηση, διακοπές λειτουργίας, κ.λπ.) – αυτό θα μπορούσε να έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή της διαδρομής MTU (μερικές φορές επανειλημμένα) κατά τη διάρκεια μιας μετάδοσης, η οποία μπορεί να προκαλέσει περαιτέρω πτώσεις πακέτων πριν ο κεντρικός υπολογιστής βρει το νέο ασφαλές MTU.

Τα περισσότερα τοπικά δίκτυα Ethernet χρησιμοποιούν MTU 1500 byte (τα σύγχρονα LAN μπορούν να χρησιμοποιούν πλαίσια Jumbo, επιτρέποντας MTU έως και 9000 byte), ωστόσο τα πρωτόκολλα περιγράμματος όπως το PPPoE θα μειώσουν αυτό. Αυτό αναγκάζει την ανακάλυψη μονοπατιού MTU να τεθεί σε ισχύ με πιθανό αποτέλεσμα να μην είναι προσβάσιμοι ορισμένοι ιστότοποι πίσω από τείχη προστασίας με κακή ρύθμιση παραμέτρων. Μπορεί κανείς να το αντιμετωπίσει, ανάλογα με το ποιο τμήμα του δικτύου ελέγχει. Για παράδειγμα, μπορεί κανείς να αλλάξει το MSS (μέγιστο μέγεθος τμήματος) στο αρχικό πακέτο που ρυθμίζει τη σύνδεση TCP στο τείχος προστασίας κάποιου.

Αυτό το πρόβλημα εμφανίστηκε πιο συχνά από την εισαγωγή των Windows Vista που εισάγει τη «Στοίβα TCP/IP επόμενης γενιάς». Αυτό υλοποιεί "Αυτόματος συντονισμός παραθύρου λήψης που καθορίζει συνεχώς το βέλτιστο μέγεθος παραθύρου λήψης μετρώντας το προϊόν καθυστέρησης εύρους ζώνης και τον ρυθμό ανάκτησης της εφαρμογής και προσαρμόζει το μέγιστο μέγεθος παραθύρου λήψης με βάση τις μεταβαλλόμενες συνθήκες δικτύου."[2] Αυτό έχει φανεί ότι αποτυγχάνει σε συνδυασμό με παλαιότερους δρομολογητές και τείχη προστασίας που φαινόταν να λειτουργούν με άλλα λειτουργικά συστήματα. Εμφανίζεται συχνότερα σε δρομολογητές ADSL και μπορεί συχνά να διορθωθεί με μια ενημέρωση υλικολογισμικού.

Σκελετοί ATM, ένα παράδειγμα συντονισμού MTU
Μερικές φορές είναι προτιμότερο από την άποψη της απόδοσης να δηλώνεται τεχνητά μια μειωμένη MTU σε λογισμικό κάτω από το πραγματικό μέγιστο δυνατό μήκος που υποστηρίζεται. Ένα παράδειγμα αυτού είναι η περίπτωση όπου η κίνηση IP μεταφέρεται μέσω δικτύου ATM (Asynchronous Transfer Mode). Ορισμένοι πάροχοι, ιδιαίτερα εκείνοι με ιστορικό τηλεφωνίας, χρησιμοποιούν ΑΤΜ στο εσωτερικό δίκτυο κορμού τους.

Η χρήση ATM στη βέλτιστη απόδοση επιτυγχάνεται όταν το μήκος του πακέτου είναι πολλαπλάσιο των 48 byte. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το ATM αποστέλλεται ως μια ροή πακέτων σταθερού μήκους (γνωστά ως «κελιά»), καθένα από τα οποία μπορεί να μεταφέρει ένα ωφέλιμο φορτίο 48 byte δεδομένων χρήστη με 5 bytes γενικής επιβάρυνσης για συνολικό κόστος 53 byte ανά κελί. Έτσι, το συνολικό μήκος του μήκους δεδομένων που μεταδίδονται είναι 53 * ncells byte, όπου ncells = ο αριθμός των απαιτούμενων κελιών = INT((payload_length+47)/48). Έτσι, στη χειρότερη περίπτωση, όπου το συνολικό μήκος = (48*n+1) byte, χρειάζεται ένα επιπλέον κελί για τη μετάδοση του τελευταίου byte ωφέλιμου φορτίου, με το τελικό κελί να κοστίζει επιπλέον 53 μεταδιδόμενα byte, εκ των οποίων τα 47 είναι padding. Για το λόγο αυτό, η τεχνητή δήλωση μειωμένης MTU στο λογισμικό μεγιστοποιεί την αποτελεσματικότητα του πρωτοκόλλου στο επίπεδο ATM κάνοντας το συνολικό μήκος ωφέλιμου φορτίου ATM AAL5 να είναι πολλαπλάσιο του 48 κατά όποτε είναι δυνατόν.

Για παράδειγμα, 31 πλήρως γεμάτα κελιά ATM φέρουν ωφέλιμο φορτίο 31*48=1488 byte. Λαμβάνοντας αυτόν τον αριθμό 1488 και αφαιρώντας από αυτό τυχόν γενικά έξοδα που συνεισφέρουν όλα τα σχετικά ανώτερα πρωτόκολλα, μπορούμε να λάβουμε μια προτεινόμενη τιμή για μια τεχνητά μειωμένη βέλτιστη MTU. Στην περίπτωση που ο χρήστης κανονικά έστελνε πακέτα 1500 byte, η αποστολή μεταξύ 1489 και 1536 byte απαιτεί ένα πρόσθετο σταθερό κόστος 53 byte που μεταδίδονται, με τη μορφή ενός επιπλέον κελιού ATM.

Για το παράδειγμα των συνδέσεων IP μέσω DSL με χρήση PPPoA/VC-MUX, επιλέγοντας ξανά να γεμίσουμε 31 κελιά ATM όπως πριν, λαμβάνουμε μια επιθυμητή βέλτιστη μειωμένη τιμή MTU 1478 = 31*48-10 λαμβάνοντας υπόψη μια γενική επιβάρυνση 10 byte που αποτελείται επιβάρυνσης πρωτοκόλλου από σημείο σε σημείο 2 byte και επιβάρυνσης AAL5 8 byte. Αυτό δίνει ένα συνολικό κόστος 31 * 53 = 1643 byte που μεταδίδονται μέσω ATM από ένα πακέτο 1478 byte που έχει περάσει στο PPPoA. Στην περίπτωση IP που αποστέλλεται μέσω ADSL με χρήση PPPoA, ο αριθμός 1478 θα είναι το συνολικό μήκος του πακέτου IP, συμπεριλαμβανομένων των κεφαλίδων IP. Έτσι, σε αυτό το παράδειγμα, η διατήρηση μιας αυτοεπιβαλλόμενης μειωμένης MTU 1478 σε αντίθεση με την αποστολή πακέτων IP συνολικού μήκους 1500 εξοικονομεί 53 byte ανά πακέτο στο επίπεδο ATM με κόστος μείωσης 22 byte του μήκους των πακέτων IP.

Ένα μέγιστο MTU για συνδέσεις PPPoE/DSL είναι 1492, ανά RFC 2516: 6 byte είναι κεφαλίδα PPPoE, αφήνοντας αρκετό χώρο για ωφέλιμο φορτίο 1488 byte ή 31 πλήρεις κυψέλες ATM.

Τελικά: Η τυπική τιμή του MTU είναι 1492.... και σε περίπτωση προβλημάτων περιήγησης ή προβλημάτων συνδεσιμότητας MSN θα πρέπει να μειωθεί στις τιμές 1422 και 1420.

Παραπομπή: Wikipedia

Με φιλικούς χαιρετισμούς