隨著目前數(shù)據(jù)中心、云技術的發(fā)展，各種數(shù)據(jù)中心網絡新技術層出不窮，給數(shù)據(jù)中心帶來了新的變革，極大地提升了數(shù)據(jù)中心的網絡處理性能。仔細觀察不難發(fā)現(xiàn)，這些新的網絡技術更多的是一種疊加技術，也就是在原有標準IPv4協(xié)議的基礎上，再增加一些報文頭或者字段，這些新增的報文部分為網絡協(xié)議帶來了更加豐富的含義。比如：隧道技術、VXLAN技術、虛擬化技術、802.1BR技術等等，這些網絡技術無一例外的都要在原有標準IPv4協(xié)議報文的基礎上再增加一些新的報文字段，這樣組合的報文將比原來的更長，有些報文的長度超過了網絡MTU數(shù)值，對網絡設備的MTU和最大可接受數(shù)據(jù)幀都提出了新的要求。此時MTU方面會帶來一系列的網絡問題。本文就來說一說新的數(shù)據(jù)中心網絡技術中遇到的MTU難題。
MTU(Maximum Transmission Unit)最大傳輸單元，是指一種通信協(xié)議的某一層上面所能通過的最大數(shù)據(jù)包大小。這個參數(shù)通常與通信接口有關。MTU越大，則一個協(xié)議數(shù)據(jù)單元的承載的有效數(shù)據(jù)就越長，通信效率也越高。MTU越大，傳送相同的用戶數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)包個數(shù)也越低。但也不是MTU越大越好，因為MTU越大，傳送一個數(shù)據(jù)包的延遲也越大;并且MTU越大，數(shù)據(jù)包中bit位發(fā)生錯誤的概率也越大。MTU越大，通信效率越高而傳輸延遲增大，所以要權衡通信效率和傳輸延遲選擇合適的MTU。
首先，不同設備處理報文的長度能力是不同的，每個設備的MTU就是其能處理最大長度的報文，如果收到了超過其MTU的報文，那么要么進行分片轉發(fā)，要么進行丟棄。在一個數(shù)據(jù)中心網絡內部和外部，數(shù)據(jù)從源訪問目的地址要經過很多跳設備。每個設備的MTU能力不同，在進行網絡傳輸時候，數(shù)據(jù)報文必須要小于任何中間網絡設備的MTU數(shù)值，否則報文會發(fā)生丟棄。在新的數(shù)據(jù)中心網絡技術部署時，經常會遇到互通問題，一般都是因為新網絡協(xié)議封裝需要更多的字節(jié)，報文更長，大于了其轉發(fā)經過設備的MTU。有些設備可以調整MTU，將MTU放大，如果是一些老型號設備，本身可支持的MTU就比較小，這時就會導致流量不同。此時，將給新的網絡業(yè)務部署帶來很大難度，尤其是很多設備在數(shù)據(jù)中心之外，屬于廣域網設備，無法進行調整，或者是負責廣域網設備的運營商根本不會為某個數(shù)據(jù)中心去調整其工作的MTU數(shù)值，新的數(shù)據(jù)中心網絡業(yè)務無法部署下去。
其次，數(shù)據(jù)中心里很多網絡設備和服務器支持分片，就是當報文長度超過了設備的MTU時，直接可以對數(shù)據(jù)報文進行分片，然后將報文小于MTU的長度發(fā)送出去，這樣可以將MTU設置的小一些，確保新的網絡協(xié)議報文可以在沿路設備上通過。不過，這樣做也有很大的缺點。在網絡通訊中，需要盡量避免發(fā)生分片和重組，因為分片重組對網絡性能影響較大，原來一個報文可以轉發(fā)出去，現(xiàn)在需要至少兩個報文，要增加相同報文頭，還有數(shù)據(jù)幀間隙字節(jié)，這些都大大增加了網絡開銷。網絡中應該盡量避免頻繁出現(xiàn)這樣的情況。數(shù)據(jù)包發(fā)送時選擇合適的MTU大小對提高網絡性能很有必要。新一代數(shù)據(jù)中心網絡技術增加了數(shù)據(jù)報文分片的可能性，這在一定程度上降低了網絡性能。為了保證網絡性能，在新的數(shù)據(jù)中心網絡部署時，增加端口速率，將千兆互聯(lián)改為萬兆互聯(lián)，將萬兆提升到40G或100G，通過增加網絡鏈路帶寬，消除分片帶來的影響。當然如果整個網絡的設備MTU數(shù)值都很大，就盡量將MTU設置大，減少分片情況出現(xiàn)。
第三，網絡傳輸中的MTU是可以協(xié)商的，通過全路徑的MTU發(fā)現(xiàn)機制，找到整條路徑的最小MTU(也就是路徑MTU)，然后報文發(fā)送長度小于等于路徑MTU，這就避免了數(shù)據(jù)傳輸過程中產生分片，從而提高數(shù)據(jù)轉發(fā)性能。這個要求全路徑上的設備都支持MTU協(xié)商，只要有一臺不支持，也無法協(xié)商到最小MTU。還有MTU的協(xié)議發(fā)現(xiàn)機制還存在安全等方面的原因，經常并不能生效，這時候就需要根據(jù)網絡的特性選擇合理的MTU。如果在報文傳送過程中分片是不可避免的，那么要想辦法讓重組盡量在終端進行，避免在轉發(fā)路徑中進行。還有很多網絡設備，比如交換機，這些網絡設備是通過硬件芯片轉發(fā)的，并不支持硬件分片，只支持軟件分片，即上交換機CPU的報文才能分片，這也給新的網絡協(xié)議部署帶來很大難題。交換機是數(shù)據(jù)中心網絡里必不可少的設備，其不支持分片，那么經過其的所有流量都不能分片，必須要依靠服務器或者路由器設備進行分片，交換機默認允許特別長的報文通過，遠大于一般設備的MTU，只是不能分片，這個限制也影響了很多新的網絡協(xié)議部署。
小小的MTU給新的數(shù)據(jù)中心網絡協(xié)議部署帶來了極大難題，有時甚至找不到任何規(guī)避解決辦法，除了換更高端的設備，很多時候因為MTU導致新的數(shù)據(jù)中心網絡項目擱淺。在新的數(shù)據(jù)中心網絡建設大潮來臨之際，應該確定MTU的配置規(guī)范，在各個廠商都支持的情況下，盡量將MTU配置的大一些。為保證骨干網絡、城域網絡、接入網絡的完美工作，MTU的數(shù)值一定要遠大于以太網標準的基本要求，1500bytes。這個數(shù)值在新的網絡協(xié)議中已經顯得過小，很多封裝網絡協(xié)議都大大超過了1500bytes。根據(jù)了解，大部分的網絡設備可以支持配置到1600bytes，這樣可以保證大部分的封裝報文通過。MTU問題是在新的數(shù)據(jù)中心網絡技術發(fā)展過程中遇到的難題，很多人已經開始意識到了MTU問題的嚴重性。MTU問題需要運營商、數(shù)據(jù)中心、企業(yè)多方面的重視，并形成統(tǒng)一的使用標準，才能徹底解決MTU的問題。
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本文標題：新一代數(shù)據(jù)中心網絡的MTU技術難題
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