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什麼是MTU？為什麼MTU值普遍都是1500？
大學那會我玩魔獸世界，我的職業是法師，然後經常有朋友找我我帶小號，帶小號的方式是衝到血色副本裏麵把所有怪拉到一起，然後一起用AOE技能瞬間殺掉，在學校玩的時候沒什麼問題，但是放假在家的時候，我發現每次我拉好怪，放技能AOE的那個瞬間，很大概率會掉線，也不是網速問題，當時很多人也遇到同樣的問題，看到個帖子說，把自己的MTU改成1480就行了，當時也不知道啥是MTU，就改了，發現還真的可以，就愉快地打遊戲去了，多年以後我才知道MTU的重要性。
什麼是MTU
Maximum Transmission Unit，縮寫MTU，中文名是：最大傳輸單元。
這是哪一層網絡的概念？
從下麵這個表格中可以看到，在7層網絡協議中，MTU是**數據鏈路層**的概念。MTU限製的是數據鏈路層的payload，也就是**上層協議**的大小，例如IP，ICMP等。
| OSI中的層 | 功能 | TCP/IP協議族 |
|---|---|---|
| 應用層 | 文件傳輸，電子郵件，文件服務，虛擬終端 | TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet |
| 表示層 | 數據格式化，代碼轉換，數據加密 | 沒有協議 |
| 會話層 | 解除或建立與別的接點的聯係 | 沒有協議 |
| 傳輸層 | 提供端對端的接口 | TCP，UDP |
| 網絡層 | 為數據包選擇路由 | IP，ICMP，RIP，OSPF，BGP，IGMP |
| 數據鏈路層 | 傳輸有地址的幀以及錯誤檢測功能 | SLIP，CSLIP，PPP，ARP，RARP，MTU |
| 物理層 | 以二進製數據形式在物理媒體上傳輸數據 | ISO2110，IEEE802，IEEE802.2 |
MTU有什麼用？
舉一個最簡單的場景，你在家用自己的筆記本上網，用的是路由器，路由器連接電信網絡，然後訪問了www.baidu.com，從你的筆記本出發的一個以太網數據幀總共經過了以下路徑：
筆記本 -> 路由器 -> 電信機房 -> 服務器
其中，每個節點都有一個MTU值，如下：
1500 1500 1500
筆記本 -> 路由器 -> 電信機房 -> 服務器
假設現在我把筆記本的MTU最大值設置成了1700，然後發送了一個超大的ip數據包（2000），這時候在以外網傳輸的時候會被拆成2個包，一個1700，一個300，然後加上頭信息進行傳輸。
1700 1500 1500
筆記本 -> 路由器 -> 電信機房 -> 服務器
路由器接收到了一個1700的幀，發現大於自己設置的最大值：1500，如果IP包DF標誌位為1，也就是不允許分包，那麼路由器直接就把這個包丟棄了，根本就不會到達電信機房，也就到不了服務器了，所以，到這裏我們就會發現，MTU其實就是在每一個節點的管控值，隻要是大於這個值的數據幀，要麼選擇分片，要麼直接丟棄。
為什麼是1500？
其實一個標準的以太網數據幀大小是：1518，頭信息有14字節，尾部校驗和FCS占了4字節，所以真正留給上層協議傳輸數據的大小就是：1518 - 14 - 4 = 1500，那麼，1518這個值又是從哪裏來的呢？
假設取一個更大的值
假設MTU值和IP數據包大小一致，一個IP數據包的大小是：65535，那麼加上以太網幀頭和為，一個以太網幀的大小就是：65535 + 14 + 4 = 65553，看起來似乎很完美，發送方也不需要拆包，接收方也不需要重組。
那麼假設我們現在的帶寬是：100Mbps，因為以太網幀是傳輸中的最小可識別單元，再往下就是0101所對應的光信號了，所以我們的一條帶寬同時隻能發送一個以太網幀。如果同時發送多個，那麼對端就無法重組成一個以太網幀了，在100Mbps的帶寬中（假設中間沒有損耗），我們計算一下發送這一幀需要的時間：
( 65553 * 8 ) / ( 100 * 1024 * 1024 ) ≈ 0.005(s)
在100M網絡下傳輸一幀就需要5ms，也就是說這5ms其他進程發送不了任何數據。如果是早先的電話撥號，網速隻有2M的情況下：
( 65553 * 8 ) / ( 2 * 1024 * 1024 ) ≈ 0.100(s)
100ms，這簡直是噩夢。其實這就像紅綠燈，時間要設置合理，交替通行，不然同一個方向如果一直是綠燈，那麼另一個方向就要堵成翔了。
既然大了不行，那設置小一點可以麼？
假設MTU值設置為100，那麼單個幀傳輸的時間，在2Mbps帶寬下需要：
( 100 * 8 ) / ( 2 * 1024 * 1024 ) * 1000 ≈ 5(ms)
時間上已經能接受了，問題在於，不管MTU設置為多少，以太網頭幀尾大小是固定的，都是14 + 4，所以在MTU為100的時候，一個以太網幀的傳輸效率為：
( 100 - 14 - 4 ) / 100 = 82%
寫成公式就是：( T - 14 - 4 ) / T，當T趨於無窮大的時候，效率接近100%，也就是MTU的值越大，傳輸效率最高，但是基於上一點傳輸時間的問題，來個折中的選擇吧，既然頭加尾是18，那就湊個整來個1500，總大小就是1518，傳輸效率：
1500 / 1518 = 98.8%
100Mbps傳輸時間：
( 1518 * 8 ) / ( 100 * 1024 * 1024 ) * 1000 = 0.11(ms)
2Mbps傳輸時間：
( 1518 * 8 ) / ( 2 * 1024 * 1024 ) * 1000 = 5.79(ms)
總體上時間都還能接受
最小值被限製在64
為什麼是64呢？
這個其實和以太網幀在半雙工下的碰撞有關，感興趣的同學可以自行去搜索。
在我玩遊戲的時候，為什麼把MTU改成1480就不卡了？
路由器默認值大多都是1500，理論上是沒有問題的，那為什麼我玩遊戲的時候改成1480才能流暢呢？原因在於當時我使用的是ADSL上網的方式，ADSL使用的PPPoE協議。
PPPoE
PPPoE協議介於以太網和IP之間，協議分為兩部分，PPP( Point to Point Protocol )和oE( over Ethernet )，也就是以太網上的PPP協議，而PPPoE協議頭信息為:
| VER(4bit) | TYPE(4bit) | CODE(8bit) | SESSION-ID(16bit) | LENGTH(16bit) |
這裏總共是48位，也就是6個字節，那麼另外2個字節是什麼呢？答案是PPP協議的ID號，占用兩個字節，所以在PPPoE環境下，最佳MTU值應該是：1500 - 4 - 2 = 1492。
我的上網方式
當時我的上網路徑如下：
PC -> 路由器 -> 電信
我在路由器進行撥號，然後PC連接路由器進行上網。
最根本原因
問題就出在路由器撥號，如果是PC撥號，那麼PC會進行PPPoE的封裝，會按照MTU:1492來進行以太網幀的封裝，即使通過路由器，路由器這時候也隻是轉發而已，不會進行拆包。
而當用路由器撥號時，PC並不知道路由器的通信方式，會以網卡的設置，默認1500的MTU來進行以太網幀的封裝，到達路由器時，由於路由器需要進行PPPoE協議的封裝，加上8字節的頭信息，這樣一來，就必須進行拆包，路由器把這一幀的內容拆成兩幀發送，一幀是1492，一幀是8，然後分別加上PPPoE的頭進行發送。
平時玩遊戲不卡，是因為數據量路由器還處理得過來，而當進行群怪AOE的時候，由於短時間數據量過大，路由器處理不過來，就會發生丟包卡頓的情況，也就掉線了。
帖子裏麵提到的1480，猜測可能是盡量設小一點，避免二次撥號帶來的又一次PPPoE的封裝，因為時間久遠，沒辦法回到當時的場景再去抓包了。
結論
1518這個值是考慮到傳輸效率以及傳輸時間而折中選擇的一個值，並且由於目前網絡鏈路中的節點太多，其中某個節點的MTU值如果和別的節點不一樣，就很容易帶來拆包重組的問題，甚至會導致無法發送。
最後更新：2017-10-10 10:33:19