Warum sollte man überall kein MTU über 1500 Oktet überschreiten?
Verstehen Sie MTU, Jumbo Frames, Fragmentierung und stille Paketverluste, bevor Sie ein NAS oder ein lokales Netzwerk von 1500 auf 9000 Oktet ausweiten.
Eine Idee taucht in Netzwerkdiskussionen immer wieder auf : Die Erhöhung der MTU von 1500 auf 9000 Byte würde automatisch die Geschwindigkeit eines NAS steigern. Jumbo-Frames können tatsächlich die Anzahl der zu verarbeitenden Pakete reduzieren. In einem heterogenen Heim- oder Unternehmensnetzwerk führt eine isolierte Änderung jedoch oft zum gegenteiligen Effekt : instabiler Durchsatz, einfrierende Sitzungen, Videos, die puffern, oder verlorene Pakete ohne klare Fehlermeldung.
Die richtige Frage lautet also nicht „ Was ist die größte MTU? “, sondern „ Welche maximale Größe wird auf dem tatsächlich genutzten Pfad von Ende zu Ende akzeptiert? “.
Was ist die MTU ?
MTU steht für Maximum Transmission Unit. Sie bezeichnet die größte Dateneinheit, die eine Schnittstelle übertragen kann, ohne sie fragmentieren oder verwerfen zu müssen. In klassischem Ethernet beträgt die IP-MTU im Allgemeinen 1500 Byte.
Dieser Wert stellt nicht die Gesamtgröße des Ethernet-Signals auf dem Kabel dar. Ein IPv4-Paket, das TCP transportiert, enthält im einfachsten Fall :
- 20 Byte IPv4-Header ;
- 20 Byte TCP-Header ;
- bis zu 1460 Byte TCP-Daten, also eine MSS von 1460 ;
- Ethernet-Header und -Kontrollen, die um das Paket herum hinzugefügt werden.
Ein VLAN-Tag fügt dem Ethernet-Frame weitere 4 Byte hinzu. PPPoE reduziert die nutzbare IP-MTU oft auf 1492 Byte. Ein VPN fügt eigene Header hinzu und kann einen noch niedrigeren Wert erzwingen. Deshalb ist eine korrekte Größe im lokalen Netzwerk nicht zwingend auch korrekt, nachdem sie einen Tunnel oder das Internet passiert hat.
Warum 9000 Byte schneller erscheinen können
Mit einer MTU nahe 9000 transportiert jeder Frame mehr nutzbare Daten. Um dieselbe Datei zu senden, erzeugen die Maschinen weniger Pakete, weniger Interrupts und weniger Verarbeitungsvorgänge. Dieser Gewinn kann auf einer stark beanspruchten, schnellen Verbindung interessant sein, beispielsweise zwischen Servern, einem iSCSI-Speicher, einem Virtualisierungscluster oder zwei für Backups dedizierten NAS.
Aber Jumbo-Frames bedeuten nicht automatisch mehr Durchsatz. Auf einer bereits gesättigten 1 Gbit/s-Verbindung ermöglichen moderne Netzwerk-Offload-Mechanismen oft das Erreichen der praktischen Grenze mit einer MTU von 1500. Die Erhöhung der MTU kann vor allem die CPU-Last oder die Anzahl der Pakete pro Sekunde reduzieren. Das Ergebnis hängt von der Hardware, den Treibern, dem Protokoll und der Art der Last ab.
Das Problem eines Netzwerks mit mehreren MTUs
In einem gemeinsamen Ethernet-Segment teilt ein Switch einen Frame, der für den nächsten Port zu groß ist, nicht auf. Wenn ein NAS einen Jumbo-Frame an ein Gerät oder einen Port sendet, das/den auf 1500 begrenzt ist, kann der Frame einfach verworfen werden. Das Verhalten erscheint dann zufällig, weil kleine Austausche noch funktionieren, während umfangreiche Übertragungen fehlschlagen.
Es ist nicht erforderlich, dass jedes IoT-Gerät im gesamten Gebäude dieselbe MTU verwendet. Andererseits muss jedes Element des Pfads, der von den Jumbo-Frames durchlaufen wird, die gewählte Größe akzeptieren : Schnittstellen an beiden Enden, Switch-Ports, aggregierte Verbindungen, VLANs, Bridges, virtuelle Schnittstellen und eventuelle Router.
Fernseher, Smartphones, WLAN-Accesspoints und IoT-Geräte bleiben im Allgemeinen bei etwa 1500 Byte. TCP kann die Größe seiner Segmente anpassen, aber es repariert keinen Pfad, dessen MTU-Erkennung defekt ist. SMB, NFS, HTTP, Plex, Jellyfin oder Syncthing scheinen zu funktionieren, verlangsamen sich dann oder blockieren, wenn ein größeres Paket auf die falsche Schnittstelle trifft.
Wann eine MTU von 9000 gerechtfertigt ist
Jumbo-Frames werden in einem geschlossenen und dokumentierten Segment kohärent :
- direkte Verbindung zwischen zwei Servern oder zwei NAS ;
- separates Speichernetzwerk für iSCSI oder NFS ;
- internes Netzwerk eines Clusters oder einer Virtualisierungsplattform ;
- 10-, 25-, 40- oder 100 Gbit/s-Infrastruktur, deren alle Ports validiert wurden ;
- massiver Backup-Verkehr, der das dedizierte VLAN nie verlässt.
Auf einem Synology-Cluster können beispielsweise die für den internen Verkehr reservierten Ports mit einer MTU 9000 konfiguriert werden, während die für die Benutzer bestimmten Schnittstellen bei 1500 bleiben. Die Trennung ist sicherer als die globale Aktivierung im Hauptnetzwerk.
Wann sollte man bei 1500 bleiben ?
- Internetzugang : Der Pfad durchquert Netzwerke, die Sie nicht kontrollieren.
- VPN : WireGuard, IPsec oder OpenVPN fügen Header hinzu und reduzieren die verfügbare MTU.
- PPPoE : Der aktuelle Wert liegt oft bei 1492, außer es gibt spezifische Unterstützung für eine höhere MTU.
- WLAN und IoT-Geräte : Der Bestand ist heterogen und selten durchgehend konfigurierbar.
- VoIP, Videokonferenzen und Gaming : Stabilität, Latenz und Jitter sind wichtiger als eine leichte Reduzierung der Paketanzahl.
- Undokumentiertes Netzwerk : Wenn Sie nicht jedes durchquerte Gerät kennen, bleibt 1500 die interoperable Einstellung.
Fragmentierung, PMTUD und Netzwerk-„ Black Holes “
In IPv4 kann ein Router ein zu großes Paket fragmentieren, wenn das Flag Don’t Fragment nicht gesetzt ist. Jedes Fragment muss dann separat verarbeitet werden, und der Verlust eines einzigen Fragments gefährdet das gesamte Paket. In der Praxis versuchen moderne Systeme eher, die Fragmentierung zu vermeiden.
In IPv6 fragmentieren Zwischenrouter keine Pakete : Nur die Quellmaschine kann dies tun. Der Router sendet eine Information zurück, die angibt, dass das Paket zu groß ist, damit der Absender seine Größe reduziert.
Die Path MTU Discovery oder PMTUD (Pfad-MTU-Erkennung) basiert auf diesen ICMP-Nachrichten. Wenn eine Firewall diese blockiert, sendet der Absender weiterhin zu große Pakete, ohne zu verstehen, warum sie verschwinden. Kleine Anfragen funktionieren, aber eine Seite, eine SMB-Übertragung oder eine VPN-Sitzung bleibt hängen : das ist das klassische PMTU Black Hole.
Für TCP durch einen Tunnel kann das MSS-Clamping eine angepasste Segmentgröße ankündigen und verhindern, dass der Verkehr die tatsächliche MTU überschreitet. Diese Einstellung ersetzt jedoch keine kohärente Konfiguration des Pfads.
Praktischer Test zwischen zwei NAS mit iperf3
Der ursprüngliche Test verbindet direkt zwei Synology-NAS über eine 1 Gbit/s-Schnittstelle. Ein NAS führt den iperf3-Server aus, das andere startet einen Client mit fünf Streams für sechzig Sekunden :
iperf3 -c 192.168.69.10 -t 60 -i 5 -P 5-cgibt die Adresse des iperf3-Servers an ;-t 60legt eine Dauer von 60 Sekunden fest ;-i 5zeigt alle 5 Sekunden eine Zusammenfassung ;-P 5öffnet fünf parallele Streams.
Mit einer MTU von 1500 an beiden Enden erreicht der aggregierte Durchsatz etwa 941 Mbit/s, was praktisch der nutzbaren Grenze einer Gigabit-Verbindung entspricht.
Mit einer MTU von 9000, die auf beiden Schnittstellen korrekt konfiguriert ist, bleibt das Ergebnis ebenfalls nahe bei 941 Mbit/s. Auf dieser 1 Gbit/s-Verbindung und für diesen Test bringen die Jumbo-Frames also keinen messbaren Durchsatzgewinn.
Der dritte Versuch verwendet 9000 auf dem Sender und 1500 auf dem Empfänger. Der gemessene Durchsatz fällt auf etwa 562 Mbit/s, mit einem Stream bei null und einer starken Verteilung auf die anderen. Diese Zahl beschreibt diesen genauen Aufbau, keine universelle Regel, aber sie veranschaulicht gut die Kosten eines inkohärenten Pfads.
Bei einem weiteren Durchlauf bleiben die fünf Streams vorübergehend bei null. Die Erfassung beweist für sich allein nicht die genaue Ursache eines Verbindungsabbruchs, aber sie zeigt das Symptom, das der Benutzer wahrnimmt : Der Verkehr unterbricht sich, während die Schnittstellen noch konfiguriert zu sein scheinen.
Wie man den Pfad validiert, bevor man Jumbo-Frames aktiviert
- Notieren Sie alle Schnittstellen und Ports, die tatsächlich durchquert werden.
- Überprüfen Sie in der Dokumentation die maximale Größe, die von jedem Gerät akzeptiert wird.
- Konfigurieren Sie beide Enden und die Zwischenports, niemals nur eine Maschine.
- Testen Sie zuerst das Fehlen von Fragmentierung, dann den Durchsatz und die Stabilität.
- Behalten Sie eine Verwaltungsschnittstelle bei einer MTU 1500, um zurückkehren zu können.
Unter Linux kann ein IPv4-Test mit dem Flag, das die Fragmentierung verbietet, für einen Pfad mit MTU 1500 wie folgt durchgeführt werden :
ping -M do -s 1472 192.168.69.10Die 1472 Byte ICMP-Daten, addiert zu den 28 Byte IPv4- und ICMP-Headern, ergeben 1500. Für einen Jumbo-Pfad mit 9000 verwenden Sie 8972. Die Optionen variieren je nach Betriebssystem ; überprüfen Sie immer die lokale Syntax.
Fazit
Eine größere MTU ist keine kostenlose Beschleunigung. Sie wird in einem schnellen, geschlossenen, homogenen und gemessenen Segment nützlich. In einem Netzwerk, das WLAN, Internet, VPN, Fernseher, IoT-Geräte und Geräte unterschiedlicher Generationen mischt, bleibt 1500 Byte die vorhersehbarste Wahl.
Wenn Sie 9000 aktivieren müssen, isolieren Sie den betroffenen Verkehr, validieren Sie jedes Glied und messen Sie das Ergebnis mit iperf3. Wenn Sie den Pfad von Ende zu Ende nicht genau beschreiben können, ändern Sie die MTU nicht.
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Über den Autor
Jeremy Kraft betreut die Infrastruktur und die selbst gehosteten Dienste des IBCSC. Diese Anleitungen beschreiben Konfigurationen, die tatsächlich im Einsatz waren und vor der Veröffentlichung erneut geprüft wurden.
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