如何修改 MTU 和巨型帧（Jumbo Frames）设置

作者：gc(at)sysin.org，主页：www.sysin.org

一、概念

1. MTU 的概念

最大传输单元（Maximum Transmission Unit，MTU）是指一种通信协议在某一层上面所能通过的最大数据报大小（以字节为单位），它通常与链路层协议有密切的关系。

由于以太网传输电气方面的限制，每个以太网帧都有最小的大小 64bytes，最大不能超过 1518bytes，对于小于或者大于这个限制的以太网帧，我们都可以视之为错误的数据帧。一般的以太网转发设备会丢弃这些数据帧。（注：小于 64Bytes 的数据帧一般是由于以太网冲突产生的 “碎片”或者线路干扰或者坏的以太网接口产生的，对于大于 1518Bytes 的数据帧我们一般把它叫做Giant 帧，这种一般是由于线路干扰或者坏的以太网口产生）。

由于以太网 EthernetII 最大的数据帧是 1518Bytes，除去以太网帧的帧头（ DMAC目的MAC地址 48bit=6Bytes+SMAC源MAC地址48bit=6Bytes+Type域2bytes）14Bytes 和帧尾 CRC 校验部分 4Bytes （这个部份有时候大家也把它叫做 FCS），那么剩下承载上层协议的地方也就是 Data 域最大就只能有 1500Bytes，这个值我们就把它称之为 MTU。

2. 什么是 Jumbo Frames

Jumbo frames 是指比标准 Ethernet Frames 长的 frame，即比 1518/1522bit 大的 frames，Jumbo frame的大小是每个设备厂商规定的，不属于IEEE标准；Jumbo frame 在 full-duplex 的 Ethernet 网络上运行；Jumbo frame 定义了一个“link negotiation”协议，来和对端的设备协商，是否对端设备支持使用 Jumbo frames；标准的以太网 IP 报文大小是：1500bit，不包含以太网头和 FCS 的 18bit（6+6+2+4），如果包含以太网头和 FCS，则为 1518bit；Jumbo frame 一般指的是二层封装三层 IP 报文的值大于 9000bit 的报文。

Jumbo frames 的提出背景：在 1998 年，Alteon Networks 公司提出把 Data Link Layer 最大能传输的数据从 1500 bit 增加到 9000 bit，这个提议虽然没有得到 IEEE 802.3 Working Group 的同意，但是大多数设备厂商都已经支持。

3. 使用 Jumbo Frames 的优点

在数据传输时，由于 IEEE 的规定最大的帧规定为 1,500比特（主机在早期的半双功网络中），所以需要数传输需要经过“数据的切要 －－－ 传输 －－－数据组合”的过程。而使用的最大帧越小，传输包的量就越大，计算量相应会多，而产生的后果是：

a：增加主机的计算量，消耗CPU资源；

b：影响网络传输的速度。

而使用大帧优点自然也不言而喻 ———— 降低CPU计算量、加快数据传输。

二、如何修改 MTU

1. CISCO 交换机配置

1.1 Catalyst IOS 机型（代表产品：3750/3560/2960）

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3750(config)# system mtu jumbo 9000
3750(config)# Changes to the system jumbo MTU will not take effect until the next reload is done
3750(config)# exit
3750# reload

注意：本例使用3750X交换机，测试在同一vlan的主机巨型帧通信正常，但在vlan之间（不同vlan）无法通信，原因未知。

1.2 Catalyst IOS XE 机型（代表产品：9000、3850、3650）

9300 switch in our lab:

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Switch#config t
Enter configuration commands, one per line.
End with CNTL/Z.
Switch(config)#system mtu ? <1500-9198> MTU size in bytes
Switch(config)#system mtu 9198
Global Ethernet MTU is set to 9198 bytes. Note: this is the Ethernet payload size, not the total Ethernet frame size, which includes the Ethernet header/trailer and possibly other tags, such as ISL or 802.1q tags.
Switch(config)#^Z
Switch#show system mtu
Global Ethernet MTU is 9198 bytes.

A reload is not required to change the system MTU. For more details kindly go through the below link.

1.3 Nexus 交换机 NX-OS

MTU配置介绍

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For Layer 3 interfaces, you can configure an MTU size that is between 576 and 9216 bytes.
对于三层接口，可以配置MTU大小为576和9216字节之间

For Layer 2 interfaces, you can configure all Layer 2 interfaces to use either the default MTU size (1500 bytes) or the system jumbo MTU size (default size of 9216 bytes).
对于第2层接口，可以配置所有二层接口，使用默认的MTU大小（1500字节）或系统大型MTU大小（9216字节默认大小）。

配置接口MTU

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为三层口配置MTU:
DC1-N7K-3(config)# interface e4/20
DC1-N7K-3(config-if)# mtu 2346

为二层口配置MTU:
DC1-N7K-3(config)# interface e3/21
DC1-N7K-3(config-if)# mtu 9216
DC1-N7K-3(config-if)# mtu 1500
DC1-N7K-3(config-if)# mtu 2346
ERROR: Ethernet3/21: MTU on L2 interfaces can only be set to default or system-jumboMTU

修改系统默认MTU

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修改系统默认MTU:
N7K-3(config)# system jumbomtu 9000

配置非系统默认jumbomtu会产生报错:
N7K-3(config)# interface e3/21
N7K-3(config-if)# mtu 9216
                      ^
% Invalid number, range is (1500:9000) at '^' marker.
N7K-3(config-if)# mtu 9000

配置在交换的虚拟接口(SVI)的MTU

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Nexus(config)#interface vlan 1
Nexus(config-if)#mtu 9216

2. VMware ESXi 配置

2.1 使用 vSphere Client（Flex 旧版 vSphere Web client 类似）配置：

Standard Switch

Home > Hosts and Clusters > Host > Configuration > Networking >

Virtual Switches > Standard Switch: vSwitch# > Edit > Properties > MTU (Bytes)

VMkernel adapters > vmk# (For example: vmk0) > Edit… > Port properties > MTU

Distributed Switch

Home > Networking > distributed switch (For example: DSwitch1) > ACTIONS > Settings > Edit Settings… > Advanced > MTU (Bytes)

Home > Hosts and Clusters > Host > Configuration > Networking > VMkernel adapters > vmk# (For example: vmk1) > Edit… > Port properties > MTU

2.2 命令行配置

vSwith 配置（Standard Switch 和 Distributed Switch 相同）

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# 查看vSwitch信息
esxcfg-vswitch -l

# 配置 MTU (vSwitch：vSwitch0)
esxcfg-vswitch -m 9000 vSwitch0

# 验证配置
esxcfg-vswitch -l

VMkernel 适配器配置

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# 查看 VMkernel 适配器信息
esxcli network ip interface list
esxcfg-vmknic -l

# 配置 MTU (vmk#：vmk0)
esxcli network ip interface set -m 9000 -i vmk0

# 验证配置
esxcli network ip interface list
esxcfg-vmknic -l

3. 操作系统配置

Windows GUI (Windows Server 2019 为例)

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控制面板\网络和 Internet\网络和共享中心 > Ethenet0 > 属性(P) > 配置(C)... > 高级 > Jumbo Packet > 9014

备注：无需重启网卡即可生效，测试在物理机配置后网络短暂中断，虚机配置后网络无中断直接生效。

Windows cmd

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查询接口的 MTU 值（验证配置结果同）
netsh interface ipv4 show subinterfaces

设置 MTU
netsh interface ipv4 set subinterface "本地连接" mtu=9014 store=persistent
netsh interface ipv4 set subinterface "Ethernet0" mtu=9014 store=persistent

CentOS / RHEL / Fedora Linux

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vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
# 增加如下内容
MTU="9000"
# 保存后重启网卡生效
service network restart
nmcli c reload  #CentOS8/RHEL8默认
# 启用IPv6地址的，修改IPv6 mtu的参数为
IPV6_MTU="1280"

Debian / Ubuntu Linux

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sudo vi /etc/network/interfaces
# 增加如下值
mtu 9000
# 保存后，重启网络生效
/etc/init.d/networking restart

Netplan 配置（Ubuntu 18.04、20.04）

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# 18.04:
sudo vim /etc/netplan/50-cloud-init.yaml
# 20.04:
sudo vim /etc/netplan/00-installer-config.yaml
# 格式如下：
network:
    ethernets:
        eth0:
            mtu: 9000
            addresses:
            - 10.1.10.5/24
            gateway4: 10.1.10.1
            nameservers:
                addresses:
                - 10.1.10.11
                - 10.1.10.12
                search:
                - sysin.org
    version: 2

4. 测试 Jumbo Frames

To test Jumbo Frames:

1. Test ping to your neighbor’s virtual machine interface with the command:

   • From Windows:

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     ping -f -l 8972 a.b.c.d -l size 发送缓冲区大小。 -f 在数据包中设置“不分段”标记(仅适用于 IPv4)。

   • From Unix:

     1	ping -s 8972 a.b.c.d

2. The output appears similar to:

   1 2	PING a.b.c.d (a.b.c.d) 8972(9000) bytes of data. 8980 bytes from a.b.c.d: icmp_seq=1 ttl=128 time=3.36 ms

To test the network connectivity with Jumbo Frames, from ESX server console/SSH connection to ESX use the command:

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# vmkping -s 8972 <IPADDRESS of iSCSI SAN>

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