路径 MTU 发现

在计算机网络中，MTU（最大传输单元）是指一个通信协议的数据包能够传输的最大长度，通常以字节为单位。MTU 的大小是由链路层和网络层共同协商决定的，但在某些情况下，需要进行路径 MTU 发现，以确定路径上能够正常传输的最大 MTU 大小。

背景

首先，我们需要知道，当 TCP/IP 协议栈在发送数据报时，IP 层会对数据报进行分片（fragmentation），将其分成若干个 MTU 以下的小数据包进行传输，然后再在接收端重新组装。这个过程较为费时、占用带宽，而且可能会造成 IP 包重组失败，从而导致数据丢失。

为了避免这个问题，TCP/IP 协议栈需要限制每个数据报的大小，以尽量避免分片。而这个大小等于路径上能够正常传输的最大 MTU 大小减去 IP 头的长度和 TCP 头的长度，也就是说：

数据报大小 ≤ 最大 MTU - IP 头长度 - TCP 头长度

如果我们能够确定路径上能够正常传输的最大 MTU 大小，就可以避免分片问题，提高传输效率。

路径 MTU 发现原理

路径 MTU 发现就是一种通过探测路径上的 MTU 大小来确定最大 MTU 大小的技术。这个过程大致如下：

1. 发送端发送一个标志位设置为“禁止分片”的 IP 数据包到目的地。
2. 如果 MTU 大小小于数据包的大小，则该数据包会被路由器捕获并且发回一个“ICMP需要分片”，同时返回其 MTU 大小。
3. 发送端接收到这个"ICMP需要分片"，就知道 MTU 大小，并通过不断调整数据包的大小来逼近路径上所能支持的最大 MTU 大小。

示例

在 Python 中，我们可以使用scapy库来编写路径 MTU 发现的代码。下面是一个简单的示例：

from scapy.all import *

# 目的地 IP 地址
dst = "www.google.com"

# Ping 命令的负载内容，可以根据需要修改
payload = b"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYYZ"

# 发送 IP 数据包，探测路径上的 MTU 大小
for i in range(1400, 1500):
    p = IP(dst=dst, flags="DF")/ICMP()/Raw(load=payload)
    send(p, verbose=False, mtu=i)
    time.sleep(0.1)

我们可以通过逐渐递增数据包的大小，来探测路径上的 MTU 大小。当程序输出结果时，我们可以找到一个 MTU 大小，其后的数据包开始出现“ICMP需要分片”的错误，就可以确定路径上能够正常传输的最大 MTU 大小了。

详细的代码和运行结果可以参考这个代码片段。