MTU是网络调节的重要因素，通过调节MTU能够达到优化网络传输性能的效果。本文主要介绍了MTU的概念、MTU的作用、MTU在网络传输中的具体表现，并结合应用场景分析了MTU设置时需要注意的要点。
1 MTU的概念
MTU，全称为Maximum Transmission Unit，即最大传输单元，它是数据链路层的概念，指以太网数据通信时，链路层上一次性允许通过或转发的数据帧的最大尺寸。MTU通常与通信接口关联，即同一设备的不同接收/转发接口的MTU值可能不同。MTU值一般以字节为单位，常见结构和字节占比如下图所示。
图1-1 以太网报文结构
MTU的定义在不同的厂商之间存在一些差异，主要有如下几种定义：
(1) 方式一：MTU = IP Header + 有效数据载荷（IP Payload），例如在锐捷网络的部分设备中均采用此类定义；
(2) 方式二：MTU = IP Header + 有效数据载荷（IP Payload） + 以太网帧头（14byte），例如在Cisco的部分设备中即采用此类定义；
(3) 方式三：MTU = IP Header + 有效数据载荷（IP Payload） + 以太网帧头（14byte） + CRC校验（4byte），例如在Juniper的部分设备上即采用了此类定义。
由于MTU限制了链路层一次性转发的数据帧尺寸，当数据包尺寸大于接收端MTU值时，就需要对数据包进行拆分传输，或者直接丢弃。拆分传输的过程也称为分片，即在网络层将数据包分解为若干个尺寸小于或等于MTU值的小的数据包，每个分片数据包都会带有一个IP报头，这些被拆分后的小的数据包称为数据碎片。在拆分传输完成后，需要对各数据碎片进行重组，通过各分片IP报头中的标识位、偏移量信息，能够唯一标识特定数据包的特定数据碎片，然后即可按序完成数据包重组。但是，分片和重组过程会增加额外的资源消耗，加重网络传输的负担。
2 MTU的作用和具体表现
MTU值决定了网络中一次性传输的数据量大小，如果MTU设置的过大，意味着所能一次性传输的数据包中的有效数据占比更大，通信效率更高，但同时也会加大传输延时和出错概率，降低传输可靠性，传输出错后重传还会耗费较大的网络资源。如果MTU设置的过小，对于较大尺寸数据包需要进行分片处理，增加数据包处理量，且分片和重组过程还会增加额外的资源消耗，加重网络传输的负担。因此，对于不同场景，设置合适的MTU值，能够达到提高网络传输性能的效果。
数据转发时MTU取值不同，数据转发表现也不同，主要有以下三种场景：
(1) MTU值大于所转发数据包大小
设备能够直接转发数据包，而不需要分片。此时，假设MTU设置为6000，则在不分片情况下，若采用方式一的MTU定义，则允许转发的IP数据包尺寸最大为60018byte，假设链路带宽为10Mbps，则传送一帧数据最大可能耗时如下（不考虑其它时间消耗）：
60018 / （10 * 2^20）≈0.005s
即传输一帧数据需要独占带宽5ms，在此期间其它进程无法发送数据，影响网络流畅性。若是在链路带宽更低情况下，发送一帧数据占用的时间会更大，网络流畅性会受到更大影响；若是在链路带宽较高时，这种影响则会相对较小。因此，根据实际情况合理设置MTU，能够优化网络传输性能。
(2) MTU值小于所转发数据包大小且允许分片
设备对数据包进行拆分并转发。此时，若MTU为一个较小的值100，采用方式一的MTU定义。假设传送一个尺寸大于1018byte的IP数据包，需要对数据包进行分片处理，分片方式如下图所示。
图2-1 IP数据包分片方式示意图
拆分后的每个数据碎片中都会携带一个IP报文头部（20byte），用于标识数据碎片所属数据包及在数据包中的位置。因此，对于拆分前的数据包来说，在不考虑传送多个数据包带来的时间消耗外，对于单个分片来说，其传输效率为：
（100 – 20）/100 = 0.8
多传送的IP报文头部会降低传送效率，MTU设置越小，传输效率越低。因此，通过调整MTU值，可以改善数据传输效率。
(3) MTU值小于所转发数据包大小，且设置禁止分片。
设备直接丢弃数据包，不转发。此时，若想正常传送数据包，就需要上调MTU值。
此外，MTU的设置还会影响网络中PMTU和TCP MSS的值的大小：
(1) PMTU
PMTU全称为Path Maximum Transmission Unit，即路径MTU。对于一条IP路径，其MTU值是指在不分片情况下路径上所能传输的最大数据包尺寸，等于该路径上的最小MTU值，所以PMTU的值由路径上所有MTU共同决定。通过MTU间接改变PMTU值，就能够有效避免分片重组，提高网络带宽的利用率。
(2) TCP MSS
MSS全称为Maximum Segment Size，即最大报文段长度，是指一个TCP报文的数据载荷的最大长度。为了达到最佳的传输性能，对接双方会在TCP建立连接时进行MSS协商，而TCP MSS的值则依赖于MTU计算得到，计算方式如下：
TCP MSS = 对端接口的IP MTU – IP报文头（20byte） – TCP报文头（20byte）
图2-2 以太网报文中TCP MSS定义示意图
不同厂商对设备上实际生效的TCP MSS值的设置存在差异。例如，在锐捷网络的设备中允许用户手动设置TCP MSS值，同时，为了降低人为设置的风险，设置实际生效的TCP MSS是从根据MTU计算得到的MSS和用户配置的TCP MSS中取较小值。
3 MTU设置
MTU设置时，首先需要确认设备是否允许分片。若设备不允许分片，则需要确保MTU值大于所需传送的数据包尺寸，否则数据包会被丢弃。若设备支持分片，为了尽量避免因分片带来的资源消耗，MTU设置的基本原则为：对接两台设备的MTU值应保持同步，同时根据网络带宽进行设置，即网络带宽高，则可增大MTU值，若网络带宽较低，为保证数据传输流畅性，MTU设置值不宜太高。此外，还需要考虑其它因素或场景的影响。
(1) 对于MTU值，一般设备的默认值往往是比较合适的设置。不同链路介质类型的网络有不同的默认MTU值，下表中为一些常见网络的默认MTU值。
表3-1 各类网络默认MTU值
网络类型 | MTU（byte） |
以太网 | 1500 |
IEEE 802.4 | 8166 |
IEEE 802.3 | 1492 |
FDDI | 4352 |
Token Ring（16Mbps） | 17914 |
Token Ring（4Mbps） | 4464 |
X2.5 | 576 |
PPP | 296 |
(2) 对接设备间MTU定义方式不同或报文携带标签
●对接双方厂商不同时，MTU定义方式可能存在差异，因此，需要保证双方MTU定义重合部分保持一致。例如，锐捷网络的设备（采用方式一定义）与Cisco设备（采用方式二定义）对接时，若锐捷网络的设备MTU设置为1450，则对接的Cisco设备MTU值应设置为1464。
●数据帧中携带Tag的情况，例如在MPLS网络中，数据包会增加MPLS Tag，且Tag所占字节也计入MTU中，所以在设置MTU时还需要考虑Tag所占的字节大小。
(3) 交换、路由等网络设备的MTU设置
对于普通的交换、路由设备，默认MTU值通常是比较合适的值，一般为1500byte。对于骨干网、城域网、接入网等网络中的大型网络设备，其数据吞吐量较大，数据转发要求也较高，一般能够支持9000byte以上的最大传输量，因此，在对接双方硬件支持条件下，MTU应设置尽量大。
(4) 多种业务混合使用场景下设备MTU设置
多种业务混合使用时，MTU设置需要综合考虑业务应用和带宽大小。如果其中一种业务的实时性要求较高且数据长度较小，如语音传输，而另一种业务的数据对实时性要求不高，但数据长度较大占用比较大的带宽资源，如FTP数据传输。此时，将MTU设置得比较小，将有利于不同业务数据对于带宽的平均分配。
(5) 设备厂商对于MTU设置的限制
对于一些设备，厂商可能会对MTU的配置提供一些特殊限制或设置，需要参考厂商提供的产品配套资料中的提示进行配置。例如，在锐捷网络的交换机上，需要注意以下几点：
●设备允许配置系统MTU和接口MTU。配置系统MTU时，设备会自动更新所有以太网口的MTU值，但不覆盖已经配置接口MTU的设置；配置接口MTU值时，MTU值需要小于或等于其实际物理接口配置的MTU值，否则会导致长度超过物理接口MTU的数据包被丢弃。
●在同一物理网段上的设备，其互连接口的IP MTU必须保持一致，否则可能出现数据无法传输的问题。
●在进行大吞吐量数据交换时，设备还支持调高MTU以处理大于以太网标准帧长（1500 byte）的数据帧，即Jumbo帧，在提高网络吞吐率，降低设备CPU负担的同时，也能保证数据的正常接收和处理。
4 总结
对于MTU值，一般默认值是比较合理的设置，但在一些如游戏卡机、网页部分打不开、大文档发送不了等由MTU设置问题导致网络性能变差或有特殊数据传输需求的场景下，默认MTU值可能无法满足需求，此时可以通过修改MTU值来改善网络传输性能。在设置MTU时，除了要考虑对接的对象及自身设备所允许的MTU设置范围，还需要综合考虑网络带宽、厂商特殊设定、应用场景等因素，避免因联动关系导致出现新的网络问题。
