パスMTU探索とは｜ネットミリしら

パスMTU探索とは

パスMTU探索（経路MTU探索）は、送信元から宛先までの経路で、断片化せずに運べるIPパケットの最大サイズを調べ、送信サイズを合わせる仕組みです。英語の正式名称はPath MTU Discovery（パス・エムティーユー・ディスカバリー）、略称はPMTUD（ピーエムティーユーディー）です。この最大値をPath MTU（経路MTU）といいます。

一つの経路には、Ethernet、トンネル、事業者網など異なるリンクが含まれます。Path MTUは、その中で最も小さいMTUに制約されます。送信元がそれより大きなパケットを送り続けると、途中で分割が必要になったり、破棄されたりします。

PMTUDは回線速度を測る機能ではなく、一本のパケットをどこまで大きくできるかを調べる機能です。経路が変われば、同じ宛先でも適切な値が変わることがあります。

幅の異なる複数のネットワーク区間のうち最も狭い区間で大きなパケットが止まり、通知を受けた送信元が小さく調整して再送する経路MTU探索の図解 — 図1Path MTUは送信端末のインターフェースだけでは決まりません。宛先までに通過するすべてのリンクのうち、最小のMTUが上限になります。

大きすぎると分かったら、送信単位を下げて記憶する

推定、通知、調整、再確認の循環経路は変わるため、一度決めた値を永久に固定しない

1
初期値で送る
送信インターフェースのMTUや、過去に記憶したPath MTUを候補にする
2
大きすぎることを知る
ICMPの通知、または試験パケットが届かなかった結果を手掛かりにする
3
送信サイズを下げる
トランスポート層が一度に渡す量も調整し、通過できる大きさへ合わせる
4
一定時間後に再確認
経路変更で上限が増減する可能性があるため、キャッシュを更新する

図2実装は同じ値を宛先ごと、経路ごと、接続ごとなどに記憶します。詳しい管理単位や再試行時間はOSとプロトコル実装で異なります。

IPv6では、途中のルーターはパケットを分割しない

IPv6では、転送中のルーターが大きなパケットを断片化しません。次のリンクへ出せない場合、ルーターはパケットを破棄し、送信元へICMPv6のPacket Too Bigメッセージを返します。送信元は通知に含まれるMTUを基にサイズを下げます。

IPv4の古典的なPMTUDでは、送信側がDF（Don't Fragment）を指定し、断片化が必要なルーターからICMP Destination Unreachableの通知を受けます。IPv4は途中で断片化できる場合もありますが、PMTUDは断片化を避けて効率と信頼性を保つために使われます。

ICMPが遮断されると、大きな通信だけ止まることがある

大きすぎるというICMP通知がファイアウォールなどで捨てられると、送信元はサイズを下げるきっかけを失います。小さな要求は通るのに、画像の転送や暗号化通信の途中で止まるような現象はPMTUブラックホールの候補です。

これを補うPLPMTUD（Packetization Layer Path MTU Discovery／パケタイゼーション・レイヤー・パス・エムティーユー・ディスカバリー）は、TCPなどのパケット化層が異なる大きさのプローブを送り、到達確認から安全なサイズを探します。さらにRFC 8899のDPLPMTUDは、データグラム型トランスポートにも使える手順を定めています。

トンネルでは、内側に使えるMTUが小さくなる

トンネルは外側のヘッダーを追加するため、外側リンクが同じMTUなら内側パケットの上限が下がります。入口がその差を反映しない、あるいは出口からの通知が送信元まで適切に戻らないと、トンネル区間でだけ大きな通信が失敗します。

Pingが成功することだけでは、すべてのサイズが通る証明になりません。調査では小さなパケットと大きなパケットの違い、ICMP通知、トンネル追加分、MSS調整を切り分けます。

仕様の確認資料：RFC 8201「Path MTU Discovery for IP version 6」、RFC 1191「Path MTU Discovery」、RFC 4821「Packetization Layer Path MTU Discovery」、RFC 8899「Datagram PLPMTUD」

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