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Maximum Transmission Unit/Anwendung

Aus Foxwiki

Berechnung

Maximale Größe eines Rahmens der Sicherungsschicht 

Maximale Rahmengröße = Größte MTU aller benutzten Protokolle der Vermittlungsschicht + Größe der Sicherungsschichtheader

Ermittlung der MTU-Größe

  • Zu diesem Zweck können Sie 'ping' verwenden, um ein Paket der erforderlichen Größe mit gesetztem Bit "Nicht fragmentieren" zu senden
  • Es ist auch eine gute Idee, eine Paketanzahl von eins zu verwenden, da es nicht sinnvoll ist, mehr Netzwerkverkehr zu senden als Sie brauchen
Hinweis
  • Die beim Befehl ping angegebene Größe entspricht der Anzahl der zu sendenden Datenbytes
  • Diese muss also 28 Byte kleiner sein als die tatsächliche Paketgröße, um die Größe des Paket-Headers zu berücksichtigen

Beispiel Ethernet

  • Ein Ethernet Frame besteht aus zwei Teilen: dem "Header", in dem Quell- und Zieladressen und andere wichtige Parameter für den Versand kodiert sind, und der Nutzlast, deren Größe durch die MTU bestimmt ist
  • In diesem Versuch ist die Größe der MTU mit 1500 Byte vorgegeben.
  • Mithilfe des ping-Programmes wird ein "Frame" erzeugt, der dann im Netzwerk über das Ethernet-Protokoll versendet wird
  • Die Verwendung des Begriffes Nutzlast ist hier mehrdeutig, da im OSI-Modell die verschiedenen Protokolle ineinander eingepackt (gekapselt) werden
  • Der im Versuch verwendete Linux-Befehl ping -s 1472 10.0.0.1 (Windows-Befehl ping -l 1472 10.0.0.1) sendet dann ein Internet Control Message Protocol|ICM-Paket mit der Nutzlast von 1472 Bytes an die IP-Adresse 10.0.0.1
ping -f -l 1472 10.0.0.1
1472 bytes Nutzlast des ICMP-Protokolles (Transportschicht)
+ 8 bytes ICMP-Header (Transportschicht)
+ 20 bytes IPv4-Header (der Vermittlungsschicht)
-------------
= 1500 bytes (Nutzlast von Ethernet)
+ 14 bytes (Header der Sicherungsschicht)
+ 4 bytes (Frame Check Sequence)
-------------
= 1518 bytes (kompletter Ethernet Frame)
  • Mit einem Sniffer wie beispielsweise Wireshark wird als Ethernet Header nur die Größe von 14 Byte angezeigt
  • Hierzu kommt noch die 4 Byte große Frame Check Sequence am Ende des Frames
  • Falls Virtual VLANs verwendet werden, besteht der Header der Sicherungsschicht aus 18 Byte und der gesamte Ethernet Frame kann eine Größe von bis zu 1522 Byte annehmen
  • Würde IPv6 verwendet, änderte sich obige Berechnung dahingehend, dass der IPv6-Header der Vermittlungsschicht 40 statt 20 Byte beträgt und damit statt 1472 Byte ICMP-Nutzlast nur 1452 Byte möglich wären

Oft ist es hilfreich dem ping-Programm vorzugeben das "don’t fragment (DF) bit" für die Testpakete im IPv4-Header zu setzen denn dann erhält man eine Nachricht, falls die MTU überschritten wird

Linux 

ping -M do -s 1472 10.0.0.1

Windows 

ping -l 1472 -f 10.0.0.1

Leicht sichtbar machen lässt sich die Path MTU mit dem Programm tracepath für IPv4 bzw. tracepath6 für IPv6


Ein Ethernet Frame besteht aus zwei Teilen
dem "Header", in dem Quell- und Zieladressen und andere wichtige Parameter für den Versand kodiert sind, und der Nutzlast, deren Größe durch die MTU bestimmt ist
In diesem Versuch ist die Größe der MTU mit 1500 Byte vorgegeben
  • Mit Hilfe des ping-Programmes wird ein "Frame" erzeugt, der dann im Netzwerk über das Ethernet-Protokoll versendet wird
  • Die Verwendung des Begriffes Nutzlast ist hier mehrdeutig, da im OSI-Modell die verschiedenen Protokolle ineinander eingepackt (gekapselt) werden
  • Der im Versuch verwendete Linux-Befehl ping -s 1472 10.0.0.1 (Windows-Befehl ping -l 1472 10.0.0.1) sendet dann ein ICMP-Paket mit der Nutzlast von 1472 Bytes an die IP-Adresse 10.0.0.1
# ping -f -s 1472 10.0.0.1
1472 bytes Nutzlast des ICMP-Protokolles (Vermittlungsschicht)
+ 8 bytes ICMP-Header (Vermittlungsschicht)
+ 20 bytes IPv4-Header (Vermittlungsschicht)
-------------
= 1500 bytes (Nutzlast von Ethernet)
+ 14 bytes (Header der Sicherungsschicht)
+ 4 bytes (Frame Check Sequence)
-------------
= 1518 bytes (kompletter Ethernet Frame)
Mit einem Sniffer wie beispielsweise Wireshark wird als Ethernet Header nur die Größe von 14 Byte angezeigt
  • Hierzu kommt noch die 4 Byte große Frame Check Sequence am Ende des Frames
  • Falls VLANs verwendet werden, besteht der Header der Sicherungsschicht aus 18 Byte und der gesamte Ethernet Frame kann eine Größe von bis zu 1522 Byte annehmen
  • Würde IPv6 verwendet, änderte sich obige Berechnung dahingehend, dass der IPv6-Header der Vermittlungsschicht 40 statt 20 Byte beträgt und damit statt 1472 Byte ICMP-Nutzlast nur 1452 Byte möglich wären
Zum Prüfen der MTU eines Pfades ist es hilfreich, dem ping-Programm vorzugeben, das "don’t fragment (DF) bit" für die Testpakete im IPv4-Header zu setzen (für Linux beispielsweise ping -M do -s 1472 10.0.0.1, für Windows
ping -l 1472 -f 10.0.0.1 ), denn dann erhält man eine Nachricht, falls die MTU überschritten wird
  • Leicht sichtbar machen lässt sich die Path MTU mit dem Programm tracepath für IPv4 bzw. tracepath6 für IPv6

Problembehebung

Probleme durch falsche MTU-Größe können sehr subtil sein
  • Es ist möglich einem Webserver zu erreichen, die Dateiübertragung schlägt jedoch fehl
  • Verbindung zu einem Chat-Server funktioniert, aber die Informationen darüber, wer online ist, sind unvollständig

Konfiguration

Der MTU-Wert kann wie folgt gesetzt werden

Mac OS X
  • Systemeinstellung öffnen, unter "Netzwerk" den Netzwerkanschluss auswählen, auf den Reiter "Ethernet" klicken, und unter MTU "eigene" wählen und Wert eingeben
Linux
  • ifconfig eth0 mtu 1234 (1234 ist neuer Wert)
  • Dies muss in einem der Startskripte angegeben werden, da es sonst immer wieder gesetzt werden muss
Windows
  • Über die Netzwerkeigenschaften bzw. Systemsteuerung
  • mit Programmen wie beispielsweise dem Freeware-Programm DrTcp oder tcp optimizer, um den Wert dauerhaft zu setzen

Abweichende Verwendung des Begriffs

Cisco und Juniper verwenden den Begriff MTU in ihrer Konfigurationssyntax als maximale Rahmen- bzw. Paketgröße der zu konfigurierenden Netzwerkschicht

Folgende Einstellungen entsprechen einander

  • Bei beiden Herstellern bedeutet das erste Auftauchen des Begriffes die maximale Ethernet Rahmengröße und nicht die maximale Größe der Nutzlast (Maximum Segment Size)
  • diese muss folglich einige Byte größer gewählt werden als die dann folgenden Einstellungen für die verschiedenen Schicht-3 Protokolle

Cisco: 

interface GigabitEthernet2/3
mtu 9192
ip address 192.168.0.1 255.255.255.252
ip mtu 9000
ipv6 address 2001:DB8::1/64
ipv6 mtu 8000
ipv6 router isis
clns mtu 1497
!

Juniper: 

interfaces {
ge-0/0/0 {
mtu 9192;
unit 0 {
family inet {
mtu 9000;
address 192.168.0.2/30;
}
family inet6 {
mtu 8000;
address 2001:DB8::2/64;
}
family iso {
mtu 1497;
}
}
}
}
Paket- und Rahmengröße
  • Unter der "packet size" (Paketgröße) wird fälschlicherweise teils die "frame size" (Rahmengröße) verstanden, jedoch stellt die obige Definition (siehe RFC 1122 und RFC 791) dies eindeutig klar
  • Ein Spezialfall liegt vor, wenn ein Schicht-2-Protokoll über ein anderes Schicht-2-Protokoll getunnelt wird, denn dann nennt man auch die Nutzlast selbst "Rahmen" (engl. 'frame')


Beispiel Ethernet

Ein Ethernet Frame besteht aus zwei Teilen
dem "Header", in dem Quell- und Zieladressen und andere wichtige Parameter für den Versand kodiert sind, und der Nutzlast, deren Größe durch die MTU bestimmt ist
In diesem Versuch ist die Größe der MTU mit 1500 Byte vorgegeben
  • Mit Hilfe des ping-Programmes wird ein "Frame" erzeugt, der dann im Netzwerk über das Ethernet-Protokoll versendet wird
  • Die Verwendung des Begriffes Nutzlast ist hier mehrdeutig, da im OSI-Modell die verschiedenen Protokolle ineinander eingepackt (gekapselt) werden
  • Der im Versuch verwendete Linux-Befehl ping -s 1472 10.0.0.1 (Windows-Befehl ping -l 1472 10.0.0.1) sendet dann ein ICMP-Paket mit der Nutzlast von 1472 Bytes an die IP-Adresse 10.0.0.1
# ping -f -s 1472 10.0.0.1
1472 bytes Nutzlast des ICMP-Protokolles (Vermittlungsschicht)
+ 8 bytes ICMP-Header (Vermittlungsschicht)
+ 20 bytes IPv4-Header (Vermittlungsschicht)
-------------
= 1500 bytes (Nutzlast von Ethernet)
+ 14 bytes (Header der Sicherungsschicht)
+ 4 bytes (Frame Check Sequence)
-------------
= 1518 bytes (kompletter Ethernet Frame)
Mit einem Sniffer wie beispielsweise Wireshark wird als Ethernet Header nur die Größe von 14 Byte angezeigt
  • Hierzu kommt noch die 4 Byte große Frame Check Sequence am Ende des Frames
  • Falls VLANs verwendet werden, besteht der Header der Sicherungsschicht aus 18 Byte und der gesamte Ethernet Frame kann eine Größe von bis zu 1522 Byte annehmen
  • Würde IPv6 verwendet, änderte sich obige Berechnung dahingehend, dass der IPv6-Header der Vermittlungsschicht 40 statt 20 Byte beträgt und damit statt 1472 Byte ICMP-Nutzlast nur 1452 Byte möglich wären
Zum Prüfen der MTU eines Pfades ist es hilfreich, dem ping-Programm vorzugeben, das "don’t fragment (DF) bit" für die Testpakete im IPv4-Header zu setzen (für Linux beispielsweise ping -M do -s 1472 10.0.0.1, für Windows
ping -l 1472 -f 10.0.0.1 ), denn dann erhält man eine Nachricht, falls die MTU überschritten wird
  • Leicht sichtbar machen lässt sich die Path MTU mit dem Programm tracepath für IPv4 bzw. tracepath6 für IPv6


Ethernetrahmen bestehen aus zwei Teilen
  • dem "Header", in dem Quell- und Zieladressen und andere wichtige Parameter für den Versand kodiert sind, und der Nutzlast, deren Größe durch die MTU bestimmt ist
  • In diesem Versuch ist die Größe der MTU mit 1500 Byte vorgegeben
  • Mit Hilfe des ping-Programmes wird ein "Frame" erzeugt, der dann im Netzwerk über das Ethernet-Protokoll versendet wird
  • Die Verwendung des Begriffes Nutzlast ist hier mehrdeutig, da im OSI-Modell die verschiedenen Protokolle ineinander eingepackt (gekapselt) werden
ping -s 1472 10.0.0.1 (Windows-Befehl ping -l 1472 10.0.0.1)
  • sendet ein ICMP-Paket mit der Nutzlast von 1472 Bytes an die IP-Adresse 10.0.0.1
ping -f -l 1472 10.0.0.1
1472 bytes Nutzlast des ICMP-Protokolles (Transportschicht)
+ 8 bytes ICMP-Header (Transportschicht)
+ 20 bytes IPv4-Header (der Vermittlungsschicht)
-------------
= 1500 bytes (Nutzlast von Ethernet)
+ 14 bytes (Header der Sicherungsschicht)
+ 4 bytes (Frame Check Sequence)
-------------
= 1518 bytes (kompletter Ethernetrahmen)
Mit einem Sniffer (wie Wireshark)
  • wird als Ethernet Header nur die Größe von 14 Byte angezeigt
  • Hierzu kommt noch die 4 Byte große Frame Check Sequence am Ende des Frames
Falls VLANs verwendet werden
  • besteht der Header der Sicherungsschicht aus 18 Byte
  • der gesamte Ethernetrahmen kann eine Größe von bis zu 1522 Byte annehmen
Würde IPv6 verwendet
  • änderte sich obige Berechnung dahingehend, dass der IPv6-Header der Vermittlungsschicht 40 statt 20 Byte beträgt und damit statt 1472 Byte ICMP-Nutzlast nur 1452 Byte möglich wären
  • Oft ist es hilfreich dem ping-Programm vorzugeben das "don’t fragment (DF) bit" für die Testpakete im IPv4-Header zu setzen

für Linux z. B  ping -M do -s 1472 10.0.0.1

für Windows 

ping -l 1472 -f 10.0.0.1
  • denn dann erhält man eine Nachricht, falls die MTU überschritten wird
  • Leicht sichtbar machen lässt sich die Path MTU mit dem Programm tracepath für IPv4 bzw. tracepath6 für IPv6

Jumbo Frames für Gigabit Ethernet

Jumbo Frames können deutlich mehr als 1518 Oktette beinhalten
  • und damit ist es möglich, größere Pakete unfragmentiert zu übertragen
Positiv
  • wiegt, dass der Protokoll-Overhead bei der Verwendung von Jumbo Frames reduziert werden kann und Router weniger Pakete behandeln müssen
Allerdings
  • ist die Terminologie bzgl. MTU derart uneinheitlich unter den Herstellern, dass es in der Praxis schwierig ist, von den Standardeinstellungen abzuweichen
Jumbo Frames sind nicht im IEEE-802.3-Standard spezifiziert
  • trotzdem unterstützen die meisten Hersteller von Gigabit Ethernet Switches und Routern MTUs bis 9000 Oktette
Quasistandard eine Path MTU um ca. 1500 Byte
  • So hat sich als Quasistandard eine Path MTU um ca. 1500 Byte im Internet eingebürgert, die durch das weit verbreitete Fast Ethernet sowieso meist nicht überschritten werden kann
Tunnelprotokolle
  • Mit dem Aufkommen von Internetzugängen, die auf Tunnelprotokollen basieren, zum Beispiel beim Verbindungsaufbau über das PPPoE-Protokoll hat die MTU an Bedeutung gewonnen
  • Obwohl die PMTUD in diesem Fall dafür sorgen soll, dass die Kommunikation trotz der durch den Tunnel abgesenkten MTU möglich ist, gibt es immer wieder fehlkonfigurierte Firewalls, die durch Verwerfen von ICMP-Steuerpaketen die PMTUD stören
  • Auch große Websites sind oft von diesem Konfigurationsfehler betroffen, sodass die Nutzer von getunnelten Zugängen die MTU ihrer Geräte verkleinern müssen, um auch mit diesen Sites kommunizieren zu können

Optimale MTU

Diskussionen über die optimale MTU
Einfache Optimierung
  • So groß wie möglich, ohne dass Probleme auftreten
Komplexe Optimierung
  • so viel kleiner als o. g. Maximum, dass der Verschnitt der Transportzellen der unter der DSL-Schicht liegenden ATM-Transportschicht möglichst klein wird
Oder
Einfach probieren
  • Die MTU bei ATM (4500) ist nicht zu verwechseln mit der Zellengröße (53 Bytes, 48 davon Nutzlast)
  • Bei der Übertragung über einen ATM-Link werden IP-Pakete in Stücke zu je 48 Bytes zerlegt und für die Übertragung auf mehrere ATM-Zellen verteilt
  • Der Router am anderen Ende des ATM-Links sammelt diese Zellen und setzt das ursprüngliche IP-Paket wieder zusammen
  • Im Gegensatz dazu wird bei der IP-Fragmentierung das Paket nicht vom Router reassembliert, sondern erst von dem Host, für den das Paket bestimmt war
  • Probleme, die durch einen falschen MTU-Wert auftreten können, sind Webseiten, die gar nicht oder nur teilweise angezeigt werden

Paketgrößen

MTU und PMTU
  • Die Maximum Transmission Unit (MTU) darf in einem IPv6-Netzwerk 1280 Byte nicht unterschreiten
  • Somit unterschreitet auch die Path MTU (PMTU) diesen Wert nicht und es können Pakete bis zu dieser Größe garantiert ohne Fragmentierung übertragen werden
  • Minimale IPv6-Implementierungen verlassen sich auf diesen Fall
  • Ein IPv6-fähiger Rechner muss in der Lage sein, aus Fragmenten wieder zusammengesetzte Pakete mit einer Größe von mindestens 1500 Byte zu empfangen
  • Für IPv4 beträgt dieser Wert nur 576 Byte
  • Im anderen Extrem darf ein IPv6-Paket auch fragmentiert laut Payload-Length-Feld im IPv6-Header die Größe von 65.575 Byte einschließlich Kopfdaten nicht überschreiten, da dieses Feld 16 Bit lang ist (216 − 1 Byte zzgl. 40 Byte Kopfdaten)
Jumbograms
  • RFC 2675 stellt aber über eine Option des Hop-by-Hop Extension Headers die Möglichkeit zur Verfügung, Pakete mit Größen bis zu 4.294.967.335 Byte, sogenannte Jumbograms zu erzeugen
  • Dies erfordert allerdings Anpassungen in Protokollen höherer Schichten, wie beispielsweise TCP oder UDP, da diese oft auch nur 16 Bit für Größenfelder definieren, außerdem muss bei jedem Paket, welches einen Jumbogram beinhaltet, im IPv6-Header die Payload-Length auf 0 gesetzt werden

Einfluss auf andere Protokolle

Die MTU ist ein hardwareabhängiger Wert, der sämtliche Parameter oberhalb der Sicherungsschicht des OSI-Modells beeinflusst

  • Am Beispiel Ethernet ist dies einfach erklärt: In diesem Netzwerk werden sämtliche Pakete der Schicht 3, beispielsweise IP-Pakete, in "Ethernet-Frames" übertragen
  • Die Nutzdaten dieses Ethernet-Frames (d. h. die IP-Pakete) dürfen den MTU-Wert nicht übersteigen
  • Die Länge der TCP-Nutzdaten (Maximum Segment Size) wird daher aus der MTU direkt berechnet

Andere Beispiele und Probleme

Jumbo Frames für Gigabit Ethernet können deutlich mehr als 1518 Oktette beinhalten und damit ist es möglich, größere Pakete unfragmentiert zu übertragen

  • Positiv wiegt, dass der Protokoll-Overhead bei der Verwendung von Jumbo Frames reduziert werden kann und Router weniger Pakete behandeln müssen
  • Allerdings ist die Terminologie bzgl. MTU derart uneinheitlich unter den Herstellern, dass es in der Praxis schwierig ist, von den Standardeinstellungen abzuweichen
  • Des Weiteren sind Jumbo Frames nicht im IEEE-802.3-Standard spezifiziert, trotzdem unterstützen die meisten Hersteller von Gigabit Ethernet Switches und Routern MTUs bis 9000 Oktette
  • So hat sich als Quasistandard eine Path MTU um ca. 1500 Byte im Internet eingebürgert, die durch das weit verbreitete Ethernet sowieso meist nicht überschritten werden kann

Mit dem Aufkommen von Internetzugängen, die auf Tunnelprotokollen basieren, zum Beispiel beim Verbindungsaufbau über das PPPoE-Protokoll hat die MTU an Bedeutung gewonnen

  • Obwohl die PMTUD in diesem Fall dafür sorgen soll, dass die Kommunikation trotz der durch den Tunnel abgesenkten MTU möglich ist, gibt es immer wieder fehlkonfigurierte Firewalls, die durch Verwerfen von ICMP-Steuerpaketen die PMTUD stören
  • Auch große Websites sind oft von diesem Konfigurationsfehler betroffen, sodass die Nutzer von getunnelten Zugängen die MTU ihrer Geräte verkleinern müssen, um auch mit diesen Sites kommunizieren zu können
Optimale MTU

Über die optimale MTU gibt es viele Diskussionen:

  • Einfache Optimierung
so groß wie möglich, ohne dass Probleme auftreten
  • Komplexe Optimierung
so viel kleiner als o. g.Maximum, dass der Verschnitt der Transportzellen der unter der DSL-Schicht liegenden ATM-Transportschicht möglichst klein wird

Die MTU bei ATM (4500) ist nicht zu verwechseln mit der Zellengröße (53 Bytes, 48 davon Nutzlast)

  • Bei der Übertragung über einen ATM-Link werden IP-Pakete in Stücke zu je 48 Bytes zerlegt und für die Übertragung auf mehrere ATM-Zellen verteilt
  • Der Router am anderen Ende des ATM-Links sammelt diese Zellen und setzt das ursprüngliche IP-Paket wieder zusammen
  • Im Gegensatz dazu wird bei der IP-Fragmentierung das Paket nicht vom Router reassembliert, sondern erst von dem Host, für den das Paket bestimmt war

Probleme, die durch einen falschen MTU-Wert auftreten können, sind Webseiten, die gar nicht oder nur teilweise angezeigt werden.[1]

MTU/Fragmentierung

Maximum Transmission Unit (MTU) und Fragmentierung

Die maximale Größe eines Pakets zur Übertragung ist in einem paketvermittelten Netzwerk beschränkt

  • Allerdings gibt es hier keinen allgemeinen Wert, sondern je nach Konfiguration und vor allem Übertragungsmedium sind die Werte unterschiedliche und wirken sich auf Performance und Erreichbarkeit aus

Fragmentierung findet bei IPv6 nicht statt

  • Hier müssen sich die beiden Endpunkte auf die Paketgröße abstimmen, die auf der engsten Stelle möglich ist
  • Siehe dazu auch DS-Lite

Wo gibt es die MTU?

Damit der TCP-Stack erkennen kann, wie groß ein Paket maximal werden darf, befragt er die Schnittstelle, über die das Paket versendet werden soll bzw

  • die Einstellungen im Betriebssystem

Unter Windows können Sie die Information einfach per NETSH ermitteln 

netsh interface ipv4 show interfaces

 Idx Met MTU State Name
 --- <nowiki>---------- </nowiki> <nowiki>---------- </nowiki> <nowiki>------------ </nowiki> <nowiki>---------------------------</nowiki>
  1 75 4294967295 connected Loopback Pseudo-Interface 1
  38 35 1500 connected WLAN
  32 25 1500 disconnected Mobilfunk
  43 5 1500 disconnected Ethernet
  47 25 1500 connected LAN-Verbindung* 1
  42 65 1500 disconnected Bluetooth-Netzwerkverbindung
  21 25 1500 disconnected LAN-Verbindung* 3
  62 5000 1500 connected vEthernet (Default Switch)
  23 25 1500 connected Npcap Loopback Adapter
  39 15 1500 connected vEthernet (Intern Switch)

In meinem Beispiel haben alle Netzwerkkarten eine MTA-Size von 1500 Bytes

Sie können mit NetSH auf die MTU-Size manuell ändern, z. B.. unter Angabe des Index oder Namens 

netsh interface ipv4 set subinterface "WLAN" mtu=1458 store=persistent

Allerdings sollten Sie die Auswirkungen gut kennen

  • Damit zwingen Sie ihren Client keine Paket größer als dieser Wert zu senden
  • Auf bestimmten Verbindungen (beispielsweise ISCSI mit Jumbo-Frames) verlieren Sie damit Bandbreite
Übliche Werte
Medium MTU in Byte Quelle
Offizielles Maximum 65535 RFC 791
Token Ring 16Mbit 17914  
Gigabit mit Jumboframes 9000  
Token Ring 4Mbit (802.5) 4464 RFC 1042
FDDI 4352 RFC 1188
WiFi 2304  
Ethernet 1500 RFC 894
802.3 1492 RFC 1042
DSL (wegen PPPoE Framing) max. 1492  
DSLite (1&1) 1424  
ISDN X.25 576  
Netbios 512 RFC 1088
ICE (wlan-im-zug) 1440  

Datei:Bild1.png

Sie sehen also schon, dass die MTU-Größe auch von der Geschwindigkeit des Mediums abhängig ist

  • Allerdings ist das ja nur die Einstellung meines Clients, der Pakete sendet
  • Auf dem Weg zum Ziel gibt es ja noch mindestens zwei weitere Schnittstellen, die eine MTU-Size begrenzen könnten, beispielsweise
  • MTU auf dem Adapter der RouterWenn ein Router ein Paket auf einem Interface empfängt und auf einem anderen Interface weitersendet muss unterschiedliche Übertragungstechniken berücksichtigen
  • MTU auf dem ZielsystemWenn das Paket am Ziel angekommen ist, dann erwarten wir natürlich auch eine Rückantwort
  • Damit wird der Empfänger zum Sender und das Spiel beginnt von vorne

Mein Paket läuft ja über mehrere Stationen zum Ziel und insbesondere mit DSL-Verbindungen der VPNs oder auch IPv6 und Tunnel ist es sehr wahrscheinlich, dass mein Paket größer wird oder schon vom Anfang an zu groß war

Welche Größe ist gemeint?

MTU bedeutet zwar "Maximum Transmission Unit" aber was ist die Unit?

  • So ein Ethernet-Paket hat ja mehrere Schichten und jede hat eine Größe, wie sie hier an einem "PING -F-L 1472" sehen

Datei:Bild2.png

Die Größe beim Ping bezieht sich auf die Payload der Daten und nicht die Größe des Pakets auf dem Kabel

  • Für die MTU-Size ist die Größe des IP-Pakets maßgeblich
  • Für IP-Pakete gibt es daher vom Protokoll abhängig zwei anderen MTU-Größen;
 IPv4 maximum MTU = 1452
 IPv6 maximum MTU = 1392
Achtung
Wireshark aber auch Netzwerkkarten mit Offloading-Funktionen mehrere Pakete automatisch zu größeren Paketen zusammen setzen und die Anzeige verfälschen können
IP-Fragmentierung

https://de.wikipedia.org/wiki/IP-Fragmentierung

Fragmentierung

Das System, welches auf einer Seite ein großes Paket empfängt und dieses nicht über die nächste Teilstrecke übertragen kann, hat drei Optionen damit umzugehen:

  • Paket einfach verwerfenWenn der Absender eine Flusskontrolle wie z.B
  • bei TCP nutzt, dann wird der Verlust erkannt
  • Meist sendet der Absender das Paket aber erneut und eine Lösung ist das nicht
  • Dieser Weg ist also eine Sackgasse
  • Paket fragmentierenDie Zwischenstation kann das Paket natürlich eigenständig in kleinere Pakete aufteilen und die Gegenseite muss diese Pakete dann wieder zusammensetzen und weiter leiten
  • Die Funktion ist möglich und wird von verschiedenen Routern auch unterstützt
  • Sie ist aber ineffektiv
  • Stellen Sie sich vor, sie senden ein 1500 Byte Paket und der Router mit einer MTU-Size von 1492 Bytes (DSL) muss jedes Paket  in eine 1492-Bytes und 8 Byte-Paket zzgl. Overhead umpacken
  • ICMP "Size Exceeded" Message"Da ist es wohl besser, wenn der Router dem Absender einen Hinweis gibt, dass sein Paket zu groß ist
  • Das ist per ICMP-Steuermeldung standardisiert
  • Der Sender kann dann schon auf seiner Seite die Pakte kleiner machen und passend senden
  • Ganz problemlos ist das aber auch nicht, da zum einen die "kleinste" Teilstecke die Paketgröße über alle Teilstecken bestimmt
  • Zudem gibt es zwischen zwei Systemen im Internet oft mehrere Wege
  • Wenn diese dann eine unterschiedliche MTU-Size haben, verschenken Sie entweder Bandbreite oder bekommen erst im Laufe der Verbindung ein "ICMP Size Exceeded"

Die aktuelle maximale Größe für ein Paket zu einem Ziel können Sie per PING sehr einfach ermitteln

  • Sie senden ein ICMP-Ping an die Gegenstelle und geben sowohl die Größe vor un setzen das "Don't Fragment (DF)"-Flag
ping www.msxfaq.de -f -l 1500

In den meisten Fällen sollte dieser Ping nicht durchgehen und sie folgende Ausgabe sehen

Datei:Bild3.png

Wenn Sie mit Wireshark die Pakete anschauen, dann sehen Sie in dem Beispiel aber gar kein Paket

  • Wenn ich ein 1,5kByte "Nutzdaten" über meinem PC senden möchte, der eine 1500byte MTU auf der Netzwerkkarte hat, dann passt das schon deshalb nicht, weil der Header noch dazu gerechnet werden muss
  • Ich muss ein etwas kleineres Paket senden
  • Bei mir gelingt es mit
ping www.msxfaq.de -f -l 1465

1465 Bytes ist so groß, dass das Ethernet-Paket auf dem Kabel dann 1507 Bytes groß ist

  • Die 8 Bytes der Ziel-MAC-Adresse können Sie hier abziehen

Datei:Bild4.png

Das Paket wird von meinem Client als zum "Next Hop" gesendet, der aber, DSL sei Dank, ein kleineres Paket benötigt

  • Hier ist es der Router mit der IP-Adresse 46.91.217.151, der mit eine MaxMTU von 1492-Bytes  vorschlägt

Datei:Bild5.png

Mein Client, bzw

  • dessen IP-Stack muss dafür sorgen, dass das IP-Paket also nicht größer wird, um erfolgreich diesen Weg zu nehmen
  • Mit folgendem Wireshark-Capture-Filter können Sie gezielt diese Antworten einfangen
icmp[icmptype]==3

Datei:Bild6.png

Wireshark
https://wiki.wireshark.org/CaptureFilters CaptureFilters

Wenn Sie nun mit Wireshark aber länger solche ICMP-Antworten suchen, dann werden sie kaum Pakete finden

  • Das kann daran liegen, dass Sie keine Teilstecke in der Übertragung haben, die eine kleinere MTU nutzt
  • Es kann aber auch einfach daran liegen, dass die Zwischenstationen mittels Fragmentierung das Paket weiter übertragen

MSS Clamping

IP-Router sollten laut OSI-Schichtenmodell sich nur um die IP-Pakete kümmern

  • Wenn ein Router aber nun mit einer unterschiedlichen MTU-Size auf zwei Schnittstellen agieren muss, dann sollte er zu große Pakete selbst fragmentieren und übertragen
  • Das kostet natürlich Rechenleistung und ist der Performance auch nicht gerade förderlich, wenn das zweite Paket sehr klein ist
  • Wenn ein Router nun statt der Fragmentierung ein "ICMP Size Exceeded" an den Absender sendet
  • dann wird der Absender dazu gezwungen, die Pakete selbst kleiner zu machen
  • Technisch funktioniert dies und wird auch genutzt

Die Fritz!Box bietet keine Möglichkeit, die MTU-Size manuell anzupassen

Allerdings verletzt dieses vorgehen natürlich das OSI Modell

Fehlerbilder

Ein typisches Fehlerszenario bei MTU Problemen sind Verbindungen mit großen Datenmenge

  • So kann die Anmeldung an einen Service noch funktionieren aber der Betrieb bricht dann
  • Klassisches Beispiel sind hier TELNET oder SMTP
  • Am Anfang (rot) sind die Pakete alle noch sehr klein und unkritisch für Verbindungen mit MTU-Beschränkungen

Datei:Bild7.png

Sobald aber Daten übertragen werden müssen, wird die MTU-Size (hier 1514 Bytes), auch ausgenutzt

  • hier ist es nun eine Verbindung im "LAN" er Ethernet, wo eine MTU-Size von 1500 problemlos möglich ist
  • Wenn die Verbindung über WAN oder VPN geht, und ein System in der Mitte kein "ICMP Size Exceeded" sendet aber auch nicht fragmentiert, dann kommt die Verbindung einfach nicht zustande

Der Sender hat ja keine Idee, warum die Pakete nicht ankommen und von sich aus versucht er nicht eine geeignete MTU heraus zu finden

Diese Probleme tauchen oft auf, wenn Firewall-Administratoren z.B

  • ICMP komplett blockieren, weil Sie von einem PING und TRACEROUTE eine Gefahr sehen
  • ICMP ist aber mehr als nur PING sondern auch ein wichtiges Steuerungsprotokoll, welches zumindest im internen Netzwerk erlaubt sein sollte und selbst eingehende ICMP-Steuerungsmeldungen sollten nicht pauschal verworfen werden

MTU Discovery

Die Fragmentierung durch einen Router auf dem Übertragungsweg macht die Übertragung aufgrund mehrerer Pakete langsam und es kostet vor allem Speicher und CPU auf den Routern

  • Heute sollten Sie davon ausgehen, dass kein Provider mehr Fragmentation durchführt
  • Sie müssen also sicherstellen, dass die Endpunkte die Funktion "MTU Discovery" unterstützen
  • Dazu sendet der Absender ein Paket in der gewünschten Größe aber ein Router, der das nicht mehr übertragen kann, sendet ihnen dann ein ICMP Exceeded zurück
  • Dieses Paket enthält nicht nur den Fehlercode, dass ihr Paket zu groß war sondern auch die Größe, die dieser Router maximal weiter leiten kann

Ihr Client sendet nun also ein "kleineres Paket" und hofft, dass dieses durch geht

  • Es wird den Router passieren, der eben die Übertragung gestoppt hat aber auf dem weiteren Weg kann es noch weitere Router geben, die vielleicht noch kleinere Frame-Größen benötigen
  • Dann wiederholt sich das Spiel bis Sie letztlich ein Paket zum Ziel bekommen
  • Das Ziel antwortet dann und auch in die Richtung können unterschiedliche Paketgrößen die Übertragung behindern
  • Das Spiel beginnt von vorne

Damit nicht genug

  • Auch nach der erfolgreichen Aushandlung einer möglichen Paketgröße ist nicht sichergestellt, dass ihr IP-Paket immer den gleichen Weg geht
  • Einmal einen Umweg über einen anderen Kanal mit kleinerer Frame-Size ergibt wieder ein ICMP-Paket

Das ganze System funktioniert nur, wenn Sie ICMP auch zulassen

  • Immer wieder höre ich, dass aus "Sicherheitsgründen" das Protokoll ICMP geblockt wird, weil damit Hacker ihr Subnetz per PING durchgehen können und so eine Liste der Rechner ermitteln könnten
  • Das kann ich aber auch mit anderen "gängigen Ports" die mir dann sogar gleich die Antwort liefern, welcher Service dort läuft

Bitte hören sie auf, die Basisfunktion von MTU Discovery aber auch Traceroute und Ping durch das Blocken von ICMP zu stören

  • Sie können die lokale MTU-Größe beschränken, um dem Client zu verbieten größere Pakete zu senden
  • Dies kann für einen Fehlersuche nützlich sein aber ist natürlich keine dauerhafte Lösung
REM Anzeige der aktuellen MTU Size
netsh interface ipv4 show interfaces

REM MTU eines Interface ueber Name setzen
netsh interface ipv4 set subinterface "Local Area Connection" mtu=1400 store=persistent

REM MTU eines Interface ueber Nummer setzen
netsh interface ipv4 set subinterface "2" mtu=1400 store=persistent

Die Einstellungen sind damit aber permanent

Ursache ICMP und Firewall

Das Protokoll ICMP wird landläufig mit "PING" gleichgesetzt, obwohl ICMP viel mehr ist

  • Es ist ein "Internet Control Message Protocol", welches noch viele andere Informationen an den Absender zurück melden kann
  • Im ICMP Header gibt es einen 8-Bit Wert, der unterschiedliche Bedeutungen hat
  • Hier ein Auszug
Typ Code Bedeutung
0 0 Antwort auf Ping, (Echo Reply)
3 0 ICMP not Reachable: Netzwerk nicht erreichbar
1 ICMP not Reachable: Host nicht erreichbar
2 ICMP not Reachable: Protokoll nicht erreichbar
3 ICMP not Reachable: Port nicht erreichbar
4 ICMP not Reachable: Fragmentierung nötig aber nicht erlaubt (DF Header)
5 ICMP not Reachable: Route nicht möglich
13 ICMP not Reachable: Durch Admin (Firewall) geblockt
8 0 PING Anfrage
  • Echo Request
11 0 Zeitüberschreitung bei der Übertragung, TTL Abgelaufen
1 Zeitüberschreitung während der Defragmentierung überschritten

Für MTU ist hier der Code 3 ("Not Reachable") interessant, da es dann noch einen Untercode gibt und hier ist z.B

  • Code 4 ("Fragmentierung nötig aber nicht erlaubt (DF Header)" interessant
  • Sie sehen aber auch die Gruppierung, dass die PING und Traceroute-Anfrage andere Typ-Codes verwenden
  • Der Versand von ICMP-Paketen vom Typ=3 an entfernte Stellen als Fehlermeldung ist genauso sinnvoll wie auch der Empfang von diesen Meldungen bei ausgehenden Verbindungen

Natürlich können solche Meldungen auch gefälscht sein, das es bei ICMP ja keinen Handshake wie bei TCP gibt

  • Aber da auf eine ICMP-Antwort in der Regel keine weitere Reaktion des Zielsystems erfolgt, ist das Risiko eher überschaubar
  • Das Unterdrücken von "Unerreichbar-Meldungen" hilft kaum gegen Angreifer, da diese meist genug Ressourcen haben, um einfach Ports und Adressen durchzuprobieren und nicht auf eine "nicht erreichbar" Antwort warten
  • Verbindungsprobleme bei guten Prozessen können Sie aber so viel einfacher analysieren, wenn der ICMP-Code ihnen verrät, warum die Verbindung nicht zustande gekommen ist

In der Windows Firewall ist auch zu sehen, dass die Regeln solche ICMP Pakete erlauben

Datei:Bild8.png

Messen mit PING

Messen mit PING -f -l nnnn

Welche MTU zwischen zwei Endgeräten maximal möglich ist, können Sie am einfachsten mit einem ICMP-PING ausmessen

  • Sie können hier die Größe des Pakets vorgeben aber insbesondere das Flag "Don't Fragment" setzen
  • Allerdings benötigen sie dann schon einige Versuche, da Sie sich dem Wert nähern müssen
C:\>ping www.google.de -f -l 1400

Ping wird ausgeführt für www.google.de [172.217.18.99] mit 1400 Bytes Daten
Antwort von 172.217.18.99: Bytes=68 (gesendet 1400) Zeit=11ms TTL=57

Ping-Statistik für 172.217.18.99
 Pakete: Gesendet = 1, Empfangen = 1, Verloren = 0
 (0% Verlust),
Ca
  • Zeitangaben in Millisek.
 Minimum = 11ms, Maximum = 11ms, Mittelwert = 11ms
STRG-C
^C
C:\>ping www.google.de -f -l 1500

Ping wird ausgeführt für www.google.de [172.217.18.99] mit 1500 Bytes Daten Paket müsste fragmentiert werden, DF-Flag ist jedoch gesetzt

Ping-Statistik für 172.217.18.99 

Pakete: Gesendet = 1, Empfangen = 0, Verloren = 1
(100% Verlust),

Hier habe ich einmal ein paar meiner Messungen ausgeführt

Standort Gegenstelle Gemessener MTA
DSL 100.000 Hövelhof www.google.dewww.netatwork.de www.msxfaq.de 1464
Net at Work DSL (Telekom DSL) (PPPoE) www.google.dewww.netatwork.dewww.msxfaq.de 1464
Kundennetz www.google.dewww.netatwork.dewww.msxfaq.de 1448
Kabelnetz (Unity Media) (mit IPv4) www.google.dewww.netatwork.dewww.msxfaq.de 1472
VPN-Verbindung via Net at Work 192.168.x.x (Internes System( 1372
Freifunk über WLAN und Router mit VPN www.google.dewww.netatwork.dewww.msxfaq.de 1372

Eine MTU von 1500bytes, wie diese von der Schnittstelle angeboten wird, wird nie erreicht, was aber auch nicht zu erwarten war

  • Bei DSL scheint deine Obergrenze von 1464 Bytes erreichbar zu sein, während Firewalls bei einem Kunden schon bei 1448 Bytes abriegelt
  • Bei Internet über Kabelfernsehen hingegen ist die gemessene MTU-Size 1472 sogar etwas größer als bei DSL
  • Der Kabelanschluss hatte aber IPv4
  • Die neueren Anschlüsse mit IPv6 und DS-Lite werden vermutlich eine kleinere MTU haben

Wenn ich aber ein VPN über DSL aufbaue, dann sehen Sie den "Verlust" durch die VPN-Ummantelung

  • Das übertragene Paket ist zwar weiter 1464 Bytes groß aber bei meinem VPN sind 92 Bytes als "VPN Overhead" zu verzeichnen
  • Der VPN-Overhead ist aber auch bei Freifunk zu sehen
  • Hier verbinde ich mich per WLAN mit einem Freifunk-Router, der dann die Daten über einen VPN-Tunnel sendet und beim Ausgang ins Internet angeblich nichts protokoliert wird
  • Freifunk - warum nicht?

Da es also nicht genau eine optimale MTU gibt, macht es auch wenig Sinn auf dem Client eine MTU vorzugeben

  • Wenn Sie diese manuell zu groß wählen, dann wird weiter fragmentiert oder die Verbindung kommt nicht an
  • Wenn Sie dies zur Sicherheit aber gleich oder kleiner der minimalen MTU all ihrer Verbindungen wählen, dann lassen Sie Bandbreite liegen
  • Die MTU beschränkt sich bei ihnen eh nur auf die Senderichtung
  • Beim Empfang können Sie nicht direkt eingreifen

Also vergessen Sie erst einmal die meisten Tricks zur "Optimierung" der MTU

Automatisiert messen

Eine zu kleine MTU-Size hat mir schon häufiger Probleme bereitet

Beispiele

Erst die genauer Betrachtung der Parameter von "Test-Connection" und insbesondere des Bereichs "Output" sagt, dass normalerweise nur ein "True/False" zurück kommt, wenn keine anderen Parameter etwas anderes vorgeben

Datei:Bild9.png

Über den Parameter "-MTUSizeDetect" kommen Sie ganz schnell zum Ergebnis

  • Ich habe zuerst einmal meine interne Fritz!Box ausgemessen
  • Da sollte jeder auf 1514 Bytes auf dem Kabel kommen, auch wenn Test-Connection hier irrtümlich 1472 ausliefert
  • Das ist aber die ICMP-Payload-Size
  • Das IP-Paket ist 1500 Bytes und die 14 Bytes kommen für das Ethernet-Frame dazu, die aber nicht zu MTU dazu zählen
C:\> Test-Connection 192.168.178.1 -MTUSizeDetect
Source : FC-T480S
Destination : www.msxfaq.de
MTUSize : 1472
Status : Success
Address : 217.160.0.234
RoundtripTime : 17
Options : System.Net.NetworkInformation.PingOptions
Buffer : {97, 98, 99, 100_}

Dabei ist schön zu sehen, wie Test-Connection sich von kleineren Paketen zu größeren Paketen hocharbeitet

Datei:Bild10.png

Das PowerShell Commandlet startet mit 770 Bytes und geht dann über 1121, 1297, 1385, 1429, 1451,1462 auf 1464

  • Anscheinend sind das gängige Sprünge
  • Das Skript nutzt also nicht die "ICMP Size Exceeded" Meldung, um die MTU-Size zu ermitteln

IPv6 und MTU

Bei IPv6 ist es nicht mehr erlaubt, dass ein System auf dem Übertragungsweg die Pakete fragmentiert

  • Das, was bei IPv4 noch als Verletzung des OSI-Modells geschimpft wurde, wenn ein IP-Router (OSI-Schicht 3) in den Übertragungsweg (OSI Schicht 2) eingreift, ist bei IPv6 nun empfohlen

IPv6 defines a mechanism that allows large payloads to be divided into fragments, with each fragment sent in a separate packet (see [IPv6-SPEC] section "Fragment Header")

  • However, packetization layers are encouraged to avoid sending messages that will require fragmentationQuelle: RFC 1981 – Path MTU Discovery for IP version 6 - https://tools.ietf.org/html/rfc1981

The Fragment header is used by an IPv6 source to send packets larger than would fit in the path MTU to their destinations. (Note: unlike IPv4, fragmentation in IPv6 is performed only by source nodes, not by routers along a packet's delivery pathIPv6 requires that every link in the internet have an MTU of 576 octets or greater

  • On any link that cannot convey a 576-octet packet in one piece, link-specific fragmentation and reassembly must be provided at a layer below IPv6.Links that have a configurable MTU (for example, PPP links) must be configured to have an MTU of at least 576 octets; it is recommended that a larger MTU be configured, to accommodate possible encapsulations (i.e., tunneling) without incurring fragmentation.Quelle: RFC 1883  Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification" - https://tools.ietf.org/html/rfc1883

Auch ohne Fragmentierung gibt es dennoch die MTU ermitteln

  • Daher ist das Blockieren von "ICMP Fragmentation needed" einfach nicht mehr supportet und damit fällt auch das "Do not fragment" weg
C:> ping fritz.box -6 -f

Die Option "-f" wird nur für IPv4 unterstützt.* RFC 1981 – Path MTU Discovery for IP version 6https://tools.ietf.org/html/rfc1981

  1. ↑
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