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MTU-Fragmentierung bei der Netzwerkübertragung: Wie vermeidet man Datenverlust und Neuübertragung?
In modernen Computernetzwerken spielt die Maximum Transmission Unit (MTU) eine entscheidende Rolle. MTU bezieht sich auf die Größe der größten Protokolldateneinheit, die in einer Transaktion auf Netzwerkebene übertragen werden kann. MTU hängt mit der maximalen Framegröße einer Datenverbindungsschicht wie Ethernet zusammen, ist jedoch nicht identisch mit ihr. Richtige MTU-Einstellungen können nicht nur die Effizienz der Datenübertragung verbessern, sondern auch dazu beitragen, die Anzahl der erneuten Übertragungen und Datenverluste zu reduzieren.
Die richtige Konfiguration der MTU kann sich erheblich auf die Netzwerkleistung auswirken, insbesondere bei großen Datenübertragungsszenarien.
Die Größe der MTU hängt von den Fähigkeiten des zugrunde liegenden Netzwerks ab und erfordert normalerweise eine manuelle oder automatische Anpassung, um diese Fähigkeiten nicht zu überschreiten. Wenn wir beispielsweise Ethernet nehmen, beträgt die maximale Framegröße 1518 Bytes, wovon 18 Bytes Overhead sind, was zu einer MTU von 1500 Bytes führt. Durch solche festen Standards kann die Legalität der Struktur bei der Übertragung über verschiedene Netzwerke gewahrt bleiben.
Auswirkungen von MTU
Die Wahl einer größeren MTU verbessert die Effizienz der Datenübertragung, da jedes Netzwerkpaket eine größere Menge effektiver Daten überträgt, während der Protokoll-Overhead konstant bleibt. Eine größere MTU bringt jedoch auch einige Probleme mit sich, wie beispielsweise möglicherweise längere Übertragungsverzögerungen, insbesondere für nachfolgende Pakete. Solche Verzögerungen können, wenn sie nicht bewältigt werden, Auswirkungen auf die gesamte Netzwerkumgebung haben.
In einigen Fällen kann die Übertragung großer Datenpakete zu höheren Paketverlustraten führen. Wenn ein einzelnes Byte beschädigt ist, wird das gesamte Datenpaket erneut übertragen, wodurch wertvolle Bandbreite verschwendet wird.
Darüber hinaus ist die Übertragung großer Pakete insbesondere bei Kommunikationsfehlern unerwünscht. Wenn das verwendete System nicht in der Lage ist, eine Vorwärtsfehlerkorrektur durchzuführen, kann die Beschädigung eines Bytes dazu führen, dass das gesamte Paket verworfen wird, was insbesondere in Netzwerkumgebungen mit hohen Paketverlustraten häufig vorkommt.
Die Beziehung zwischen Internetprotokollen und MTU
Das Internet Protocol (IP) wurde für die Ausführung auf verschiedenen Netzwerktechnologien entwickelt, die möglicherweise Pakete unterschiedlicher Größe unterstützen. Während ein Host seine eigene MTU und die MTU potenzieller Peers kennt, weiß er nicht sofort, wie hoch die minimale MTU entlang der Verbindungen zu anderen Peers ist. Dies führt zu potenziellen Problemen, insbesondere wenn Protokolle höherer Ebenen Paketgrößen erzeugen, die größer sind, als die lokale Verbindung unterstützen kann.
Das IP-Protokoll ermöglicht die Fragmentierung von Paketen, indem es ein Datagramm in mehrere kleinere Teile aufteilt, um es den Einschränkungen einer bestimmten MTU anzupassen.
Dieser Fragmentierungsprozess findet auf Internetebene statt und fragmentierte Pakete werden markiert, damit die IP-Schicht des Zielhosts sie wieder zum ursprünglichen Datagramm zusammensetzen kann. Wenn das Netzwerk jedoch ein Segment verliert, gilt das gesamte Paket als verloren. In diesem Fall entsteht ein unangemessener oder unnötiger Overhead, wenn die Anzahl der Pakete oder deren Inhalte, die fragmentiert werden müssen, zu groß ist.
MTU-Erkennung und -Konfiguration
Die MTU-Erkennungstechnologie wird verwendet, um die minimale MTU eines beliebigen Internet-Übertragungspfads zu ermitteln. Durch Senden eines Pakets mit der Option „Keine Fragmentierung“ an ein Gerät im Pfad wird das Paket verworfen und eine ICMP-Beschreibungsnachricht zurückgegeben, wenn die MTU des Geräts kleiner als die des Pakets ist. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis eine ausreichend kleine MTU gefunden wird.
Aber da immer mehr Netzwerke den ICMP-Verkehr blockieren, sind die Fähigkeiten der MTU-Erkennungstechnologie begrenzt, was zu unerwarteten Hindernissen bei der Art und Weise führen kann, wie das Netzwerk Datenübertragungen verarbeitet.
Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, die maximale Segmentgröße (MSS) in der TCP-Verbindung anzupassen, um die Effizienz der Datenübertragung zu maximieren. Dies wird sehr wichtig sein, um die reibungslose Datenübertragung in nicht standardmäßigen Netzwerkumgebungen zu verbessern.
Schlussfolgerung
Da sich die Netzwerktechnologie ständig weiterentwickelt, werden die MTU-Einstellung und -Verwaltung immer komplexer. Wie man MTU effektiv konfiguriert und optimiert, um die Stabilität und Effizienz der Datenübertragung zu verbessern, ist zu einer Frage geworden, die es wert ist, darüber nachzudenken.
