[MTU] 네트워크 성능 최적화 핵심 MTU(Maximum Transmission Unit)

<목차>
1. MTU란 무엇인가?
2. MTU의 중요성
3. MTU와 단편화(Fragmentation)
4. Path MTU Discovery(PMTUD)
5. 최적의 MTU 설정 방법
6. MTU가 네트워크 성능에 미치는 영향
7. 다양한 네트워크 환경에서의 MTU 설정
8. MTU와 MSS의 차이
9. 실제 MTU 문제 해결 사례
10. 자주 묻는 질문 (FAQ)

 

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1. MTU란 무엇인가?
MTU(Maximum Transmission Unit)는 네트워크에서 전송할 수 있는 가장 큰 데이터 패킷의 크기를 의미합니다. 이는 바이트 단위로 측정되며, 네트워크 계층에서 중요한 역할을 합니다.

 

https://eunhyee.tistory.com/244

■ 주요 특징:
- 일반적인 이더넷 네트워크의 기본 MTU 값: 1500 바이트
- 점보 프레임을 지원하는 네트워크: 최대 9000 바이트
- MTU는 네트워크 인터페이스와 프로토콜에 따라 다를 수 있음

 

https://www.cloudflare.com/ko-kr/learning/network-layer/what-is-mtu/

 

 

 

2. MTU의 중요성
MTU 설정은 네트워크 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 적절한 MTU 값 설정은 다음과 같은 이점을 제공합니다.

-데이터 전송 효율성 향상: 큰 MTU 값은 오버헤드를 줄여 대용량 데이터 전송 시 효율성을 높입니다.
-네트워크 지연 감소: 작은 MTU 값은 패킷 분할을 줄여 실시간 애플리케이션의 지연을 감소시킵니다.
-네트워크 혼잡 제어: 적절한 MTU 설정으로 네트워크 혼잡을 완화할 수 있습니다.

 

 

 

3. MTU와 단편화(Fragmentation)

MTU 값이 너무 작을 경우, 패킷이 분할(Fragmentation)되어 더 많은 오버헤드를 유발할 수 있습니다. 이는 네트워크 성능 저하로 이어질 수 있습니다.

 

http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?no=5236

IP 단편화

 

 

■  단편화 과정 및 영향:
- 단편화가 발생하는 이유: 네트워크 장치 간의 MTU 값 불일치 또는 너무 작은 MTU 값
- 단편화가 미치는 영향: 처리 속도 저하, 오버헤드 증가, 패킷 손실 가능성 상승
- 단편화를 피하는 방법: Path MTU Discovery(PMTUD)를 통해 경로 상의 최소 MTU 값을 자동으로 탐색하고 이에 맞춰 전송 패킷의 크기를 조정

 

4. Path MTU Discovery(PMTUD)
Path MTU Discovery(PMTUD)는 송신자가 목적지까지의 네트워크 경로에서 지원되는 가장 작은 MTU 값을 발견하고 이를 기반으로 패킷 크기를 조정하는 기술입니다. 즉 PMTUD(Path MTU Discovery)는 수신자와 송신자의 경로 상에서 장치가 패킷을 누락한 경우 테스트 패킷의 크기를 낮추면서 MTU에 맞게끔 반복해서 보내는 과정을 말합니다.

■  PMTUD의 특징:
- 장점: 단편화 방지, 효율적인 데이터 전송
- 단점: ICMP 메시지를 차단하는 방화벽 설정 시 문제가 발생할 수 있음
- 작동 방식: 
  1. 송신자가 DF(Don't Fragment) 플래그를 설정한 패킷을 전송
  2. 경로 상의 라우터가 패킷을 전달할 수 없는 경우 ICMP "Fragmentation Needed" 메시지 반환
  3. 송신자는 이 정보를 바탕으로 패킷 크기를 조정하여 재전송

 

https://documentation.nokia.com/acg/23-10-2/books/classic-cli-part-i/c145-pmtud.html

Path MTU Discovery

 

 

PMTUD can be enabled in LDP and BGP in the following contexts:

*A:Dut-A# tree flat detail | match path-mtu-discovery 
configure router bgp group neighbor no path-mtu-discovery
configure router bgp group neighbor path-mtu-discovery
configure router bgp group no path-mtu-discovery
configure router bgp group path-mtu-discovery
configure router bgp no path-mtu-discovery
configure router bgp path-mtu-discovery
configure router ldp tcp-session-parameters peer-transport no path-mtu-discovery
configure router ldp tcp-session-parameters peer-transport path-mtu-discovery
configure service vprn bgp group neighbor no path-mtu-discovery
configure service vprn bgp group neighbor path-mtu-discovery
configure service vprn bgp group no path-mtu-discovery
configure service vprn bgp group path-mtu-discovery
configure service vprn bgp no path-mtu-discovery
configure service vprn bgp path-mtu-discovery

 

 

 

5. 최적의 MTU 설정 방법

최적의 MTU 값을 찾는 과정은 다음과 같습니다.

현재 MTU 확인:
   - Windows: netsh interface ipv4 show subinterfaces
   - Linux/Mac: ifconfig 또는 ip link show

MTU 테스트:
   - ping 명령어를 사용한 테스트: ping -f -l [크기] [목적지 IP]
   - 패킷 크기를 조절하며 최적값 찾기

https://velog.io/@dev2022/TCPIP-4%EA%B3%84%EC%B8%B5-2.-MTU%EC%99%80-MSS%EC%99%80-PMTUD

MTU 변경:
   - Windows: netsh interface ipv4 set subinterface "[인터페이스명]" mtu=[값] store=persistent
   - Linux: ifconfig [인터페이스] mtu [값]

TCP/IP 4계층 #2. MTU와 MSS와 PMTUD

 

 

 

6. MTU가 네트워크 성능에 미치는 영향

MTU 설정은 다음과 같은 네트워크 성능 지표에 영향을 줍니다.

1. 처리량(Throughput): 큰 MTU는 대용량 데이터 전송 시 처리량을 향상합니다.
2. 지연시간(Latency): 작은 MTU는 실시간 애플리케이션의 지연시간을 줄일 수 있습니다.
3. 패킷 손실: 부적절한 MTU 설정은 패킷 손실률을 증가시킬 수 있습니다.

 

 

 

7. 다양한 네트워크 환경에서의 MTU 설정

다양한 네트워크 환경에 따라 MTU 설정이 달라질 수 있습니다.

- VPN 환경: VPN 터널은 IPsec, GRE 등의 오버헤드를 발생시킴으로, 일반적으로 MTU 값을 낮추어 설정해야 합니다. 보통 1400-1450 바이트 정도로 설정하는 것이 권장됩니다.
- MPLS 네트워크: MPLS 라벨로 인한 오버헤드를 고려하여 MTU 값을 약간 낮춰 설정하는 것이 좋습니다.
- 터널링(예: GRE 터널): 터널 내부에서 MTU 값을 너무 높게 설정하면 터널 외부에서 단편화가 발생할 수 있습니다. 터널링 환경에서는 오버헤드(추가되는 헤더 크기)를 고려해 MTU를 조정해야 합니다.

 

 

https://www.cisco.com/c/ko_kr/support/docs/ip/generic-routing-encapsulation-gre/25885-pmtud-ipfrag.html

GRE 및 IPsec을 사용하여 IPv4 단편화, MTU, MSS 및 PMTUD 문제를 해결합니다.

 

 

 

8. MTU와 MSS의 차이

MTU와 혼동될 수 있는 개념인 MSS(Maximum Segment Size)에 대해 알아보겠습니다.

- MTU: 네트워크 레이어에서 전송할 수 있는 최대 패킷 크기를 의미합니다.
- MSS: TCP 레이어에서 전송할 수 있는 최대 세그먼트 크기를 의미합니다. MSS는 MTU에서 IP 및 TCP 헤더의 크기를 뺀 값입니다.
- 예시: MTU가 1500 바이트일 때, 일반적인 IP 헤더(20바이트)와 TCP 헤더(20바이트)를 제외한 1460 바이트가 MSS 값이 됩니다.

 

https://velog.io/@dev2022/TCPIP-4%EA%B3%84%EC%B8%B5-2.-MTU%EC%99%80-MSS%EC%99%80-PMTUD

TCP/IP 4계층 #2. MTU와 MSS와 PMTUD

 

 

 

9. 실제 MTU 문제 해결 사례

MTU 관련 문제를 해결한 실제 사례를 소개합니다.

사례 1: 특정 웹사이트 접속 불가 문제
   - 문제: VPN 사용 중 특정 웹사이트에 접속할 수 없었음
   - 원인: VPN MTU 값이 너무 크게 설정되어 있었음
   - 해결: VPN MTU를 1400으로 낮춘 후 문제 해결

사례 2: 파일 전송 속도 저하
   - 문제: 특정 서버로의 파일 전송 시 속도가 현저히 떨어짐
   - 원인: 경로 MTU 불일치로 인해 패킷 단편화가 발생
   - 해결: PMTUD 기능을 활성화하여 문제 해결

 

 

 

10. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: MTU 값을 변경하면 즉시 네트워크 성능이 개선되나요?
A: 반드시 그렇지는 않습니다. 네트워크 환경에 따라 최적의 MTU 값이 다르므로, 테스트와 조정이 필요합니다.

Q: MTU 값을 너무 크게 설정하면 어떻게 되나요?
A: 네트워크 장비가 지원하지 않는 큰 MTU 값을 설정하면 패킷 분할이 발생하거나 통신이 불가능할 수 있습니다.

Q: PMTUD가 작동하지 않을 때는 어떻게 해야 하나요?
A: 일부 방화벽이 ICMP 메시지를 차단할 수 있습니다. 이 경우 수동으로 MTU 값을 조정하거나, TCP MSS Clamping을 사용하여 문제를 해결할 수 있습니다.

MTU에 대한 이해와 적절한 설정은 네트워크 관리자와 시스템 엔지니어에게 중요한 스킬입니다. 

네트워크 환경에 맞는 최적의 MTU 값을 찾아 설정함으로써, 전체적인 네트워크 성능을 향상할 수 있습니다. 

다양한 네트워크 환경과 상황에 따라 MTU 설정을 최적화하는 것이 중요하며, 문제 발생 시 체계적인 접근을 통해 해결할 수 있습니다.

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