摘要
这篇博文深入探讨了为什么IP数据包大小通常限制在1500字节以及对网络效率、兼容性和安全性的影响。它探讨了历史背景、技术限制、效率考虑、与网络基础设施的兼容性、分段和重组，以及安全性和可靠性因素。了解这些因素对于优化现代网络中的数据传输至关重要。
互联网协议（IP）是驱动互联网的核心网络层协议。IP将数据包定义为在网络上传输数据的基本单位。但是是什么因素驱动了常见的1500字节的数据包大小的限制呢？让我们来考察一下各种技术和实际约束条件。
IP数据包演进的简要历史
在互联网的早期，RFC 791标准将最大IP数据包大小定义为65535字节。然而，很快就意识到这种大的数据包大小会导致效率和可靠性问题。
早期ARPANET系统使用的576字节数据包大小对于新应用来说太小了。通过改进，最理想的数据包大小演变为1500字节，这样可以在不带来缺点的情况下提供最佳性能和效率。这个1500字节的数据包大小得到了广泛采用，并成为互联网的事实标准。
最大传输单元概念
影响IP数据包大小的一个关键因素是最大传输单元（MTU）。MTU定义了在没有分段的情况下可以在网络介质上传输的最大数据包。
影响MTU大小的常见限制包括：
- 像以太网这样的网络技术的最大帧有效载荷大小。
- 路由器等网络设备的处理能力和缓冲区大小。
- 较大数据包所带来的延迟和传输错误。
由于这些限制，较大的MTU大小并不意味着更好的性能。寻找适用于高效传输且没有错误的最佳MTU推动了1500字节IP数据包大小的标准化。
效率和性能的权衡
较大的IP数据包似乎通过减少协议开销提供了更高的吞吐量。然而，较小的数据包具有以下优势：
- 更快的传输和较低的延迟。
- 减少的数据包丢失和不需要重传。
- 更少的错误和更容易的错误恢复。
- 能够交错处理来自并发流的数据包。
超过一定程度，较大的数据包会导致更低的网络利用率和效率，因为会增加丢包和延迟。1500字节的大小在良好吞吐量和避免负面影响之间取得平衡。
与现有基础设施的兼容性
第二层的广泛采用以太网标准规定了最大帧大小为1518字节。考虑到以太网头，IP数据包的有效负载大小为1500字节。
更大的数据包将需要广泛的基础设施升级。为了保持与现有网络的兼容性，IP数据包的大小限制在1500字节以下。巨型帧可以承载更大的负载，但仍然有大小限制。
分段和重组的挑战
超过最大传输单元（MTU）的数据包需要进行分段，这有以下几个不利之处：
- 在分段和重组过程中会增加处理开销和延迟。
- 由于只有一个片段损坏，导致更高的数据包丢失率。
- 片段可能会乱序传递。
- 易受基于分段的攻击的威胁。
避免分段对于效率和可靠性至关重要。1500字节的数据包大小确保了分段的最小化。
安全性和可靠性考虑
更大的数据包也会带来安全方面的问题：
- DDoS攻击变得更容易，通过大数据包来淹没目标。
- 对于非常大的数据包大小，错误检测更加困难。
- 不规范的数据包对网络的负面影响更大。
因此，保持较小的数据包大小可以提高整体网络的可靠性和安全性。
结论
总之，在现有网络的限制条件下，1500字节的IP数据包大小仍然是提供良好性能并可靠工作的最佳选择。最大传输单元的限制、效率的权衡、兼容性考虑和安全问题共同促成了互联网对该数据包大小的标准化。基础设施的进步可能会在未来允许更大的数据包大小。但目前，1500字节的大小达到了适当的平衡。
