パスMTU検出

パス MTU 検出( PMTUD ) は、コンピュータ ネットワークにおける標準化された手法であり、2 つのインターネット プロトコル (IP) ホスト間のネットワーク パス上の最大転送単位 (MTU)サイズを決定するものです。通常はIP フラグメンテーションを回避することを目的としています。 PMTUD はもともとインターネット プロトコル バージョン 4 (IPv4)のルーター向けに設計されました。 ^[1]ただし、最近のオペレーティング システムはすべてエンドポイントでこれを使用しています。IPv6では、この機能は通信セッションのエンドポイントに明示的に委任されています。^{[2]標準パス MTU 検出の拡張として、}パケット化層パス MTU 検出 と呼ばれる手法がICMPのサポートなしで動作します。^[3]

IPv4 パケットの場合、パス MTU 検出は、送信パケットの IP ヘッダーにDon't Fragment (DF) フラグ ビットを設定することによって機能します。次に、パス上のデバイスのうち、パケットより MTU が小さいデバイスはパケットをドロップし、その MTU を含むインターネット制御メッセージ プロトコル(ICMP)のFragmentation Needed (タイプ 3、コード 4) メッセージを返信します。これにより、送信元ホストはパス MTU を適切に削減できます。このプロセスは、MTU が十分に小さくなり、フラグメント化せずにパス全体を通過できるようになるまで繰り返されます。

IPv6 ルーターはパケットを断片化しないため、 IPv6 ヘッダーにはDon't Fragmentオプションはありません。IPv6 の場合、パス MTU 検出は、最初にパス MTU がトラフィックの発信元であるリンク層インターフェイスの MTU と同じであると想定して機能します。次に、IPv4 と同様に、パス上の MTU がパケットより小さいデバイスはパケットをドロップし、その MTU を含むICMPv6 Packet Too Big (Type 2) メッセージを返信します。これにより、送信元ホストはパス MTU を適切に削減できます。このプロセスは、MTU が断片化せずにパス全体を通過できるほど小さくなるまで繰り返されます。^[4]

接続が確立された後にパス MTU が変更され、以前に決定されたパス MTU よりも低くなった場合、最初の大きなパケットによって ICMP エラーが発生し、新しい低いパス MTU が見つかります。パスが変更され、新しいパス MTU が大きくなった場合、ソースは増加を認識しません。これは、新しいパスに沿ったすべてのルーターが、ソースが最初に決定した低いパス MTU を使用して送信するすべてのパケットを中継できるためです。^{[5] [6] [4]}

多くのネットワークセキュリティデバイスは、セキュリティ上の利点があるとして、PMTUDの適切な動作に必要なエラーを含むすべてのICMPメッセージをブロックします。これにより、TCPの3ウェイハンドシェイクは正常に完了したが、データを転送しようとすると接続がハングする可能性があります。この状態はブラックホール接続と呼ばれます。^[7]

PMTUD の実装の中には、大きなペイロード パケットがリンク輻輳ではなく MTU によってドロップされたと推測することでこの問題を回避しようとするものがあります。そのようなスキームの 1 つは、RFC 8899、データグラム パケット化層パス MTU 検出(DPLPMTUD) で標準化されています。^[3]接続が失われると、DPLPMTUD は制御されたサイズのプローブ パケットを使用してパスの MTU をプローブします。プローブ パケットの確認応答は、パス MTU が少なくともそのパケットのサイズであることを示します。DPLPMTUD の使用法はQUICで標準化されています。^[8]ただし、トランスポート層プロトコルが最も効率的に動作するためには、ICMP到達不能メッセージ (タイプ 3) を許可する必要があります。

Linuxカーネル^[9]やCisco ^{[10]などの一部のルータでは、回避策としてTCPハンドシェイクで通知される}最大セグメントサイズ（MSS）を減らすオプションが提供されています。これはMSSクランプとして知られています。

もう 1 つの問題は、これらのホップ間のリンクが複数のレイヤ 2 セグメントで構成され、その間にスイッチがある場合、ネットワーク管理者が 2 つの隣接するレイヤ 3 ホップ間の MTU を適切に更新しない場合です。通常、発信 L3 インターフェイスの MTU は最初の L2 セグメントから取得されます。ただし、2 番目以降のセグメントの MTU が低い場合、間にあるスイッチは ICMP を報告せずにパケットを黙ってドロップします (レイヤ 3 ホップのみが ICMP の「パケットが大きすぎます」を生成できるため)。したがって、この場合、管理者は発信 L3 インターフェイスごとに MTU を、次の L3 ホップまで使用されるレイヤ 2 セグメントの最小 MTU に更新する必要があります。