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  • 以太网帧:Ethernet Frame

    标准的以太网帧,我们经常说的以太网帧长度是从图中 Destination MAC开始,FCS结束。网卡对网络层数据的操作是加以太网帧头、以太网帧尾FCS,很显然上层需要提供目的MAC地址,否则接口无从完成以太网帧的封装。这需要IP层需要事先完成和ARP的交互,解析出目的IP对应的目的MAC,这显然不能由网卡来完成。

    网卡对物理层接收到的二进制流成帧处理,校验FCS,去掉以太网帧头,把载荷Payload 放在接收缓存,等待网络层取走。


    标准的以太网帧最大可以发送长度1518字节,指的就是这个。去掉以太网头14个字节,再去掉尾部的校验和FCS 4个字节,留给上层协议也就是(1518-14-4)=1500个字节,这个就是MTU的由来。上层协议加黑的原因是要引起大家的注意,这个上层协议如果是IP,那么就是IP MTU,如果是MPLS,就是MPLS MTU,如果是IPv6,那就是IPv6 MTU。

    Ether Type: 以太网协议

    网卡用来分辨封装的是什么协议,然后再通知不同的协议模块来取走数据。

    Payload: 载荷

    这个允许负荷的最大长度对应的就是负荷的最大传输单元,即MTU,标准的以太网帧,允许的最大负荷长度为1500字节,所以如果上层协议为IPv4,那就是IPv4 MTU=1500,所以经常看到主机的MTU为1500字节

    FCS: 校验码

    为了防止在传输过程中发生错误,数据发送方的网卡会计算一个校验码,覆盖整个以太网帧,并放在以太网帧尾部,发送出去,接收网卡需要对其进行校验,来决定是否接收。而如果不校验,一个错误的帧可能要到TCP、UDP才能被发现出来,这样的话会浪费很多CPU资源。CPU会说:屁大点的事都搞不定,还要劳烦朕,可以去自宫了。而如果网卡来进行校验,错了就默默地丢弃,不惊动高层,高层肯定偷偷乐开了花。

    Jumbo Frame

    最早的以太网是通过Hub或集线器来工作的,在任意时刻只能有一台主机发送,这种共享方式发送效率很低,而现代高速交换机则让每个连接交换机的主机工作在独占模式,带宽独享,可以同时收发,而且现在早已不是早期的10Mbps的带宽,而是1000M、10000M,即使发送大包也不会影响别的主机,影响的只是交换机的接收和发送队列,既然发送大包效率要比小包效率搞,而且特定的应用也有发大包的需求,比如NFS文件系统,那为什么不把接口MTU提高一些,再高一些呢?这是一个好主意,于是网卡、交换机、路由器网络接口可以实现更大的MTU,可以达到>9000字节的大小,我们称这种远大于标准以太帧尺寸的帧为巨型帧Jumbo Frame 。

    于是网络接口提供可以修改MTU的配置命令,比如缺省为1500,可以修改为1508以支持QinQ,或者1512以支持802.1q Mpls label,这样既可以支持终端用户标准1500 字节IP packet,又可以避免分片。

    有一点需要说明,二层交换机的接口,我们可以看成一块普通的网卡,网卡工作在数据链路层,所以分片不是它的职责,如果一个帧需要从交换机一个接口发送出去,而帧的长度>接口MTU,怎么办?丢弃!会发什么消息告诉源主机吧?不会的,默默地丢,当什么否没有发生,这种情况最难以排查,如果traceroute可以看到端对端使通的,而发送数据就是会失败。所以切记,一台交换机要保证接口MTU的一致性。如果在一个VLAN上、或整个交换机都采用同样的MTU,就不会发生上述情况。而如果入接口是9000字节,而出接口是1500,就会发生上述问题。

    如果一条物理链路的两端MTU不一致,则会发生什么情况,比如一侧是1500,一侧是9000,1500一侧发出来的数据肯定没有问题,但是如果从9000侧发给1500呢?数据也背默默地丢了。为什么呢?我们来谈另外一个很少提及的词汇:MRU,最大接收单元。

    最大接收单元MRU

    我们一直谈的最大传输单元MTU是关于出方向的流量处理,而MRU恰恰相反,是关于入方向的流量处理。

    一般情况下MTU = MRU,比如9000侧的数据到达1500,由于9000>MRU ,所以直接默默丢弃。

    所以在配置链路时,要确保两侧的设备MTU要匹配,无论各家厂商对MTU理解如何、实现如何,一定要保证两端匹配,即各自允许在以太网线上发送、接收的数据流,即以太网帧的最大长度一样!

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