MTU 到底是怎么来的
MTU 指的是在三层（L3）上传输的最大数据报单元, 而 MTU 的大小一般由数据链路层（L2）设备决定. 比如生活中使用最广泛的以太网(Ethernet, IEEE 802.3)的帧大小是 1518 字节, 根据 Ethernet Frame 的定义, L2 Frame 由 14 字节 Header 和 4 字节 Trailer 组成, 所以 L3 层(也就是 IP 层)最多只能填充 1500 字节大小, 这就是 MTU 的由来。
MTU即物理接口（数据链路层）提供给其上层（通常是IP层）最大一次传输数据的大小；以普遍使用的以太网接口为例，缺省MTU=1500 Byte，这是以太网接口对IP层的约束，如果IP层有<=1500 byte 需要发送，只需要一个IP包就可以完成发送任务；如果IP层有> 1500 byte 数据需要发送，需要分片才能完成发送，这些分片有一个共同点，即IP Header ID相同。
802.3 Ethernet MTU
+-------------+------------+-----------------+---------+----------------+
| Dest MAC(6) | Src MAC(6) | Eth Type/Len(2) | Payload | CRC Trailer(4) |
+-------------+------------+-----------------+---------+----------------+
所以说, 当使用 Ethernet 介质时确定只能传最大 1518 字节的帧后, 减去 18 字节的 L2 头和尾, 留给 IP 层的就只有 1500 字节了.
PS: 标准文档中中所说的 LLC 层因为在实际应用中基本不存在, 所以 802.3 标准 MTU 是 1492, 但是实际使用中的 MTU 是 1500.
L2, L3 示意图
+-------------------------------+ | IP Layer(1500) | +-------------------------------+ | Link Layer(1518) | +-------------------------------+
PPPoE MTU
另一个典型的 MTU 是拨号上网( PPPoE )的 1492 字节, 通过以太网接入的 PPPoE 的封包结构上会在 L2 和 L3 之间插入两层, 一层 PPP 协议和一层 PPPoE 协议. 但是因为传输的底层仍然使用的是以太网, 所以上层包大小仍然受 L2 大小限制. MTU 这样算, Link Layer 长 1518 字节, 所以 PPPoE Layer 最长 1500 字节, 然后 PPPoE 头占用 6 字节, PPP 头占用 2 字节, 所以留给 IP 层的最大空间就剩下了 1492 字节:
+-------------------------------+ | IP Layer(1492) | +-------------------------------+ | PPP Layer(1494) | +-------------------------------+ | PPPoE Layer(1500) | +-------------------------------+ | Link Layer(1518) | +-------------------------------+
VLAN(802.1Q) MTU
VLAN (IEEE 802.1Q) 的实现是在 L2 头部扩展了一个 4 字节大小的字段, 分别是 2 字节协议识别码(TPID)和 2 字节的控制信息(TCI), 这导致了 L2 的头和尾加起来的长度变成了 22 字节, 所以 L3 的 MTU 就被压缩到了 1496 字节:
+-------------------------------+ | IP Layer(1496) | +-------------------------------+ | Link Layer(1518) | +-------------------------------+
然而在 802.3ac 标准之后的以太网帧大小则扩展到了 1522 字节, 也就是说在这个标准下的 Ethernet, MTU 也可以设定成 1500 字节了.
+-------------------------------+ | IP Layer(1500) | +-------------------------------+ | Link Layer(1522) | +-------------------------------+
TCP MSS
MSS (Maximum Segment Size)是 TCP Layer (*L4*) 的属性, MSS 指的是 TCP payload 的长度. 当在 MTU 1500 的网络上传输时, MSS 为 1460 (即 1500 减去 20 字节 IP 头, 20 字节 TCP 头).
MSS是TCP提交给IP层最大分段大小，不包含TCP Header和 TCP Option，只包含TCP Payload ，MSS是TCP用来限制application层最大的发送字节数，是tcp能发送的分组的最大长度。MSS是系统默认的，就是系统TCP/IP栈所能允许的最大包。在建立连接时，这个值已经被确定了，这个值并不是客观的值，而是由tcp/ip的实现确定的。
如果底层物理接口MTU= 1500 byte，则 MSS = 1500- 20(IP Header) -20 (TCP Header) =
1460 byte，如果application 有2000 byte发送，需要两个segment才可以完成发送，第一个TCP segment =
1460，第二个TCP segment = 540。实际场景下，TCP包头会带有12字节的时间戳，于是单个TCP包实际传输的最大量就会缩减为1448字节，1448=1500-20字节（IP头）-32字节（20字节TCP头和12字节TCP时间戳）
为什么 L3 有 MTU 后 L4 还要 MSS 呢?
MTU 和 MSS 的功能其实基本一致, 都可以根据对应的包大小进行分片, 但实现的效果却不太一样.
L3 (IP) 提供的是一个不可靠的传输方式, 如果任何一个包在传输的过程中丢失了, L3 是无法发现的, 需要靠上层应用来保证. 就是说如果一个大 IP 包分片后传输, 丢了任何一个部分都无法组合出完整的 IP 包, 即是上层应用发现了传输失败, 也无法做到仅重传丢失的分片, 只能把 IP 包整个重传. 那 IP 包越大的话重传的代价也就越高.
L4 (TCP) 提供的是一个可靠的传输方式, 与 L3 不同的是, TCP 自身实现了重传机制, 丢了任何一片数据报都能单独重传, 所以 TCP 为了高效传输, 是需要极力避免被 L3 分片的, 所以就有了 MSS 标志, 并且 MSS 的值就是根据 MTU 计算得出, 既避免了 L3 上的分片, 又保证的最大的传输效率.
TCP Window Size:
如果A发送给B window size = 8192，意思是：B最多可以连续发送8192 byte 给A，在A ACK这8192 byte之前。那A的这个8192byte 怎么来的呢？ 一般来说，8192byte就是A的接收缓区，A_Receive_Buffer= 8192，如果B不小心发送超过8192 byte，如果application没有及时取走，则超过8192 byte 数据可能会因为A_Receive_Buffer满而被丢弃，所以B会严格遵守A的 advertised window size，如果A通告的window = 0，则B一定不会发送数据。
Window Size 占两个byte，最大值为65535，看完下文你会发现它对对方发送速率影响很大。如果window size 是高速网络带宽的瓶颈，可以采用TCP Option scaling window 这个选项。