网络协议

Maximum Transmission Unit，最大传输单元，指的是数据链路层的最大payload，由硬件网卡设置MTU，是一个硬性限制 留给网络层的数据长度（以太网的有效载荷：Payload）只有 [64 -18, 1518 - 18] = [46, 1500] 留给传输层数据只有：[46-20, 1500-20] = [26, 1480] TCP 协议头占了 20 Byte， UDP 协议头占了 8 Byte（TCP 之所以协议头比 UDP 大，因它功能比较多：可靠、流速控制、自动分包等 TCP 可以传的用户数据实际上只有 [26 - 20, 1480 - 20] = [6, 1460] UDP 没有协商的能力，所以它只能直接把用户发送的数据，传给网络层（IP层），由网络层来进行分片。用 UDP 协议发送，那么如果网络发生了波动，丢失了某个 IP 包分片， 对于 UDP 而言， 它没有反馈丢失了哪个分片给发送方的能力，这就意味着：50k 的数据全都丢失了，如果需要重传，就得再次完整的传递这 50k 的数据。UDP 协议头有 2 byte 表示长度的字段。所以实际 UDP 数据包的长度不能超过65507字节（65,535 − 8字节UDP报头 − 20字节IP头部）所以如果一个应用采用 UDP 来通讯，一般都会特意控制下单个包体的大小，从而提高传输效率。 TCP 是流数据，没有该限制，而 TCP 只会重传这一个丢失的分片包。 tcpdump可以看到分片的情况，udp header只出现在一个ip分片中。（第一个，后面是ip-proto-17）（icmp也是，后面是ip-proto-1，1/17是协议号）

拓展

icmp 的 payload=1473（两个包 ： （第一个包：以太包长度1514，IP包长度1500，ICMP payload：1472） +，第二个包：以太包长度：60，IP包长：21，ICMP payload：1）

第二个包涉及到以太网最小帧长=64字节，只有一个Byte=c0的负载，后面的全0为padding

TCP 的一个数据报不可能无限大，还是受制于 MTU，TCP 单个数据报的最大消息长度，称为 MSS。 TCP 在建立连接的过程中，双方会进行 MSS 协商。最理想的情况下，MSS 的值正好是在 IP 不会被分片处理的最大长度（这个长度受限于数据链路层的 MTU）。双方在发送 SYN 的时候会在 TCP 的头部写入字节能支持的 MSS 值，然后双方得知对方的 MSS 值之后，选择较小的作为最终 MSS，MMS 的值就在 TCP 首部的 40 字节变长选项中（kind=2）。MTU 通过限制 MSS（单个数据报的最大消息长度） 的取值，来限制单个 TCP 包的长度

MSS: Maxitum Segment Size 最大分段大小，是传输层概念， 在建立TCP连接过程， 双方的SYN 报文中定义的 ， 通讯双方会根据双方提供的MSS值得最小值确定为这次连接的最大MSS值。为 TCP 数据包每次传输的最大数据分段大小。后面的数据传输都是按照确定的MSS进行传输。 MSS会根据物理接口的MTU计算得出 (MSS=MTU-IP头长度-TCP头长度) 为了达到最佳的传输效能TCP协议在建立连接的时候通常要协商双方的MSS值，这个值TCP协议在实现的时候往往用MTU值代替（需要减去IP数据包包头的大小20Bytes和TCP数据段的包头20Bytes）所以往往MSS为1460。通讯双方会根据双方提供的MSS值得最小值确定为这次连接的最大MSS值。

MSS的主要作用是限制另一端主机发送的数据的长度，同时，主机本身也控制自己发送数据报的长度，这将使以较小MTU连接到一个网络上的主机避免分段。

对于一个以太网来说，TCP的最大报文段长度即MSS一般是1460字节（1500(MTU) - 20(IP head) - 20(TCP head) = 1460 Byte），减去12字节的TCP timestamp option，留给TCP正文数据是 1448字节 。另外，TCP流量控制采用了滑动窗口机制，发送窗口的大小要小于min（接收端通告的接收窗口大小，发送端拥塞窗口大小）。 Linux 2.6.39内核之前的TCP实现中，发送端初始拥塞窗口为3，单位是MSS （server机器内核版本未知，估计是2.6.39以前的）。也就是说TCP连接建立后，初始拥塞窗口限制第一次发送的数据长度要小于等于 1448 * 3 = 4344 字节，所以客户端 第一次recv 调用只收到了4344字节 数据。

路径 MTU 发现机制：

为什么我抓包看到的length的最大长度为1514呢？

你提到的长度为1514是因为在以太网中，链路层帧的数据部分最大长度为1500字节。加上链路层帧头和帧尾的长度，链路层帧的总长度最大为1518字节。因此，当你使用tcpdump抓取以太网数据包时，显示的第一个length字段的最大值为1514字节。这是因为tcpdump会排除链路层帧头和帧尾的长度，只显示链路层帧的数据部分长度。

为什么我抓包看到的length的最小长度为58呢？而不是所谓的64B

你提到的长度为58是因为在以太网中，链路层帧的最小长度为64字节，但是这个长度包括链路层帧头和帧尾的长度。链路层帧头的长度为14字节，帧尾的长度为4字节（FCS校验码）。因此，链路层帧的数据部分最小长度为46字节（64 - 14 - 4），而不是64字节。

当你使用tcpdump抓取以太网数据包时，显示的第一个length字段的最小值为58字节，这是因为tcpdump会将链路层帧头和帧尾的长度都计入到了length字段中。因此，即使链路层帧的数据部分长度小于46字节，tcpdump也会显示一个至少为58字节的length值。

各Type值对应的协议

IEEE 802.1Q标准对Ethernet帧格式进行了修改，在源MAC地址字段和协议类型字段之间加入4字节的802.1Q Tag。 VLAN帧最小帧长为64字节。

图1 VLAN帧格式

TCP 可以传的用户数据实际上只有 [26 - 20, 1480 - 20] = [6, 1460] UDP 可以传的用户数据实际上只有 [26 - 8, 1480 -8] = [18, 1472]

网络性能

Linux网络基于TCP/IP协议栈，不同协议层的行为不同，在测试之前，根据应用程序基于的协议层进行针对性网络性能评估，比如： 基于HTTP或HTTPS的Web应用程序，属于应用层，需要我们测试HTTP/HTTPS的性能 大多数游戏服务器，为了支持更大的同时在线人数，通常会基于TCP或UDP，与客户端交互，这时就需要测试TCP/UDP的性能 针对把Linux作为一个软交换机或路由器来用的场景，需要关注网络包的处理能力PPS，重点关注网络层的转发性能 低层协议是其上的各层网络协议的基础，低层协议的性能，也就决定了高层网络性能

传输过程中，帧之间有间距（12个字节），每个帧前面还有前导（7个字节）、帧首界定符（1个字节）。 帧理论转发率= BitRate/8 / (帧前导+帧间距+帧首界定符+报文长度）

最大的以太网吞吐量是通过单个传输节点实现的，当以太网帧处于最大大小时，该传输节点不会发生任何冲突。

以太网的帧开销是18字节，目的MAC（6）＋源MAC（6）＋Type（2）＋CRC（4）。局域网规定IP最大传输单元1500字节，实际上加上以太网帧的18字节，再加上8B就是1518字节

以太网是无连接的，不可靠的服务，采用尽力传输的机制。IEEE标准，一个碰撞域内，最远的两台机器之间的round-trip time 要小于512bit time.(来回时间小于512位时，所谓位时就是传输一个比特需要的时间）。这也是我们常说的一个碰撞域直径。512个位时，也就是64字节的传输时间，如果以太网数据包大于或等于64个字节，就能保证碰撞信号到达A的时候，数据包还没有传完。这就是为什么以太网要最小64个字节，同样，在正常的情况下，碰撞信号应该出现在64个字节之内，这是正常的以太网碰撞，如果碰撞信号出现在64个字节之后，叫 late collision。这是不正常的。

Mbps 即 Milionbit pro second(百万位每秒)； Kbps 即 Kilobit pro second（千位每秒）； bps 即 bit pro second（位每秒）； 1Mbps=1000 000bps

百兆端口线速包转发率=100Mbps/672=0.1488095Mpps，约等于0.14881Mpps，14万pps 千兆端口线速包转发率=1000Mbps/672=1.488095Mpps，约等于1.4881Mpps，148万pps 万兆端口线速包转发率=10000Mbps/(848bit)=14.88095Mpps，约等于14.881Mpps，1488万pps 2500M1000*1000/8/1538=20万pps # 麒麟系统到达20万pps时，ksoftirqd 就达到100%了

arrival为每个数据包之间的时间间隔。

在性能测试中首先要做的是建立基线(Baseline)，这样后续的调整才会有一个参考标准。值得注意的是，在测试基线的时候，一定要保证系统工作在正常的状态下。

这是通常用来衡量带宽的单位，指每秒钟传输的二进制位数； 而通常软件上显示的速度则是指每秒种传输的字节数（Byte）通常用B（大写）表示；MB即百万字节也称兆字节；KB即千字节；B即字节； 之间关系为1MB=1024KB=1024*1024B； 1B=8b； 1M带宽即指1Mbps=1000Kbps=1000/8KBps=125KBps。因此1M的带宽下载的速度一般不会超过125KB每秒。 2M、3M带宽分别是250KBps、375KBps； 2M、3M带宽的下载速度分别不会超过250KB、375KB每秒。 假设要对10kbps进行换算，则有 10kbps=10000bps=0.01Mpbs. 数据传输速率的衡量单位K是十进制含义,但数据存储的K是2进制含义。 1kbit/s就是1000bit/s,而KB是1024个字节,注意KB和kbit的区别，另外，数据传输速率的单位是bit/s 记作：bps 。 **1kbps=1000bps，1Mbps=1000,000bps. **1Mbps与 1m/s 是有区别的，1m/s指的是是1024KB/S 而1Mbps指的是1000/8KB/S也就是125KB/S， 记住K和k是没区别的 ，区别在于bps属于位每秒的单位，而m/s ,KB/S这两个属于字节每秒的单位，一字节等于8位，即1k=8b

http://023wg.com/message/message/cd_feature_link-layer.html