フラグメントによる通信影響

2022年1月16日2022年3月14日

通信経路上のMTUを超過しフラグメントが頻繁に行われると、処理負荷が上昇し通信遅延の要因となります。通信経路上のMTUを変更することによりフラグメントされる環境を構築し、ICMPのRTT(RoundTripTime)で遅延状況を確認します。

ネットワーク構成

以下のネットワークをCMLで構築し検証を行います。

各機器の基本設定

Router1の基本設定

Router2の基本設定

hostname Router2

interface GigabitEthernet0/0
 ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
 no shut

interface GigabitEthernet0/1
 ip address 192.168.2.2 255.255.255.0
 no shut

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.2.3

Router3の基本設定

hostname Router3

interface GigabitEthernet0/0
 ip address 192.168.3.3 255.255.255.0
 no shut

interface GigabitEthernet0/1
 ip address 192.168.2.3 255.255.255.0
 no shut

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.2.2

Router4の基本設定

フラグメントによる通信遅延の確認

MTU1500の場合

Router2-Router3間のMTUを1500に変更します。(実際にはデフォルトのMTUが1500のため、設定変更は不要です。)

Router2/Router3

interface GigabitEthernet0/1
 ip mtu 1500

Router1からRouter4に1500Byteで100回のPingを実施します。RTTの平均値は10ミリ秒です。※これが基準値となります。

Router1

ping 192.168.3.4 size 1500 repeat 100

Router1#ping 192.168.3.4 size 1500 repeat 100
Type escape sequence to abort.
Sending 100, 1500-byte ICMP Echos to 192.168.3.4, timeout is 2 seconds:
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Success rate is 100 percent (100/100), round-trip min/avg/max = 5/10/19 ms

MTU1000の場合

Router2-Router3間のMTUを1000に変更します。

Router2/Router3

interface GigabitEthernet0/1
 ip mtu 1000

Router1からRouter4に1500Byteで100回のPingを実施します。RTTの平均値が12ミリ秒となり、通信遅延が少し大きくなったことが分かります。

Router1

ping 192.168.3.4 size 1500 repeat 100

Router1#ping 192.168.3.4 size 1500 repeat 100
Type escape sequence to abort.
Sending 100, 1500-byte ICMP Echos to 192.168.3.4, timeout is 2 seconds:
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Success rate is 100 percent (100/100), round-trip min/avg/max = 7/12/22 ms

MTU500の場合

Router2-Router3間のMTUを500に変更します。

Router2/Router3

interface GigabitEthernet0/1
 ip mtu 500

Router1からRouter4に1500Byteで100回のPingを実施します。RTTの平均値が291ミリ秒となり、通信遅延が大きくなったことが分かります。

Router1

ping 192.168.3.4 size 1500 repeat 100

Router1#ping 192.168.3.4 size 1500 repeat 100
Type escape sequence to abort.
Sending 100, 1500-byte ICMP Echos to 192.168.3.4, timeout is 2 seconds:
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Success rate is 100 percent (100/100), round-trip min/avg/max = 122/291/379 ms

MTU100の場合

Router2-Router3間のMTUを100に変更します。

Router2/Router3

interface GigabitEthernet0/1
 ip mtu 100

Router1からRouter4に1500Byteで100回のPingを実施します。RTTの平均値が1777ミリ秒となり、通信遅延が更に大きくなったことが分かります。(タイムアウトも発生しています。)

Router1

ping 192.168.3.4 size 1500 repeat 100

Router1#ping 192.168.3.4 size 1500 repeat 100
Type escape sequence to abort.
Sending 100, 1500-byte ICMP Echos to 192.168.3.4, timeout is 2 seconds:
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.!!!!!!.!!!!!!!!!!!!.!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Success rate is 97 percent (97/100), round-trip min/avg/max = 1511/1777/1929 ms

実際には、この状況ほど極端にMTUが小さくなることはありえませんが、フラグメントによる通信影響は大きいことが分かります。

以上で、フラグメントによる通信影響の説明は完了です！