MTU&MSS

本文中部分内容引用自以下文章列表：
https://blog.csdn.net/passionkk/article/details/100538418
https://blog.csdn.net/wcccg/article/details/79063974
https://bbs.ikuai8.com/thread-64832-1-1.html

1.概念介绍

MTU：maximum transmission unit，最大传输单元，由硬件规定，如以太网的MTU为1500字节。
MSS：maximum segment size，最大分节大小，也可以叫做最大报文段长度，为TCP数据包每次传输的最大数据分段大小，一般由发送端向对端TCP通知对端在每个分节中能发送的最大TCP数据。

2.详细说明

2.1 MTU介绍

对于熟悉网络协议分层的伙伴，都知道在7层网络模型中，第二层是数据链路层，MTU就是这一层的概念。MTU限制的是数据链路层的payload，也就是上层协议的大小，例如IP，ICMP等。
那么MTU究竟有什么用呢？我们先来看下链路层的分片规则：
分片：若一IP数据报大小超过相应链路的MTU的时候，IPV4和IPV6都执行分片(fragmentation)，各片段到达目的地前通常不会被重组(re-assembling)。IPV4主机对其产生的数据报执行分片，IPV4路由器对其转发的数据也执行分片。然而IPV6只在数据产生的主机执行分片；IPV6路由器对其转发的数据不执行分片。
举一个最简单的场景，你在家用自己的笔记本上网，用的是路由器，路由器连接电信网络，然后访问了www.baidu.com，从你的笔记本出发的一个以太网数据帧总共经过了以下路径：
笔记本 -> 路由器 -> 电信机房 -> 服务器
其中，每个节点都有一个MTU值，如下：

1500        1500                             1500
笔记本 -> 路由器 -> 电信机房  -> 服务器

假设现在我把笔记本的MTU最大值设置成了1700，然后发送了一个超大的ip数据包（2000），这时候在以外网传输的时候会被拆成2个包，一个1700，一个300，然后加上头信息进行传输。
路由器接收到了一个1700的帧，发现大于自己设置的最大值：1500，如果IP包DF标志位为1，也就是不允许分包，那么路由器直接就把这个包丢弃了，根本就不会到达电信机房，也就到不了服务器了，所以，到这里我们就会发现，MTU其实就是在每一个节点的管控值，只要是大于这个值的数据帧，要么选择分片，要么直接丢弃。

1500的来历

我们先来看下以太网帧结构： 

Preamble (7-bytes) －－前导码
Start Frame Delimiter (1-byte) －－定界符 
Dest. MAC Address (6-bytes) －－目的地址 
Source MAC Address (6-bytes) －－源地址 
Length / Type (2-bytes) －－长度或帧类型 
Data －－数据，n最大为1500，即MTU (0-n bytes) 
Pad －－填充字段，p最大为46 (0-p bytes) 
Frame Check Sequence (4-bytes) －－帧校验码 

最大长度为：1518字节（byte）。

Length / Type占位2个字节，理论上最大值可以到65535。从结构可以判断：MTU越大，有效数据的占比越高，反之则越小。那么有效数据占比是不是越高越好呢？
我们以最大值来计算，MTU=65535，再加上帧头和帧尾的18个字节，65535+18=65553字节。
因为以太网帧是传输中的最小可识别单元，再往下就是0101所对应的光信号了，所以我们的一条带宽同时只能发送一个以太网帧。如果同时发送多个，那么对端就无法重组成一个以太网帧了，在早期10Mbps的带宽中（假设中间没有损耗），我们计算一下发送这一帧需要的时间：
( 65553 * 8 ) / ( 10 * 1024 * 1024 ) ≈ 0.05(s)
也就是说这50ms其他进程发送不了任何数据。这对于实时性要求高的业务需求简直是噩梦。
最终规范定义的大佬们，将这个值定在了1500，以太网帧最大长度1500+18=1518，这个数据包在10Mbps的带宽中传输的时间：
( 1518 * 8 ) / ( 10 * 1024 * 1024 ) ≈ 0.0012(s)
大概1ms，这个时间还是比较合理的。
**补充说明一下，为什么要有Pad字段：这是因为以太帧有最小长度要求（64字节），当要传输的数据长度不足时，需要填充一些东西使得整个以太帧满足最小长度要求。至于最小值为什么是64字节，有兴趣的同学可以自己查一下，这里不再展开。

PPPOE的MTU

PPPOE下的以太网帧，需要在Length / Type（约定TYPE=0x8864）后增加6字节PPPOE头，以及2字节PPP协议ID号，而以太网的MTU值为1500，所以上层PPP负载数据不能超过1500-6-2=1492字节，也就是相当于在PPPOE环境下的MTU是1492字节。

2.2 MSS介绍

MSS是TCP中的定义，也就是在第四层传输层的概念。
TCP在连接建立的时候，即在发送SYN段的时候，同时会将MSS发送给对方（MSS选项只能出现在SYN段中！！！），告诉对端他期望接收的TCP报文段数据部分最大长度。
这个听上去和MTU有点类似，在平时的工作中，或者面试时，也经常会把这两个混淆，那这两个到底有什么区别，有什么关系吗？
MTU是定义在链路层，上面还要网络层，然后才是传输层，在网络层需要包装IP头（20 Byte），传输层需要包装TCP头（20 Byte），因此，可以很简单的计算出单次传输的最大有效数据长度=MTU-IP头-TCP头，通常情况下就是1500-20-20=1460。
那如果MSS>1460会发生什么呢？这意味着传输一个MSS大小的数据在TCP层没有做分包处理，但到了链路层，发现数据包超过了MTU，必须进行分片处理，这种分片显然是不利的，有额外的开销。为了避免分片开销，MSS通常就定义为1460，如果是PPPOE网络，MSS建议为1452。