Linuxでジャンボフレームを設定する方法

ジャンボフレームは、標準の1,500バイトのMTUよりも大きなペイロードを持つイーサネットフレームです。MTUを9,000バイトに設定すると、パケットごとのオーバーヘッドとCPU割り込みが減少するため、実際のデータにより多くの帯域幅が使われることになります。これは、プライベート相互接続、施設間のデータ複製リンク、専用ストレージネットワークなどの高スループットパスで最も重要です。このガイドでは、ハードウェアのチェック、主要なディストロ間での設定、テストについて説明します。

ジャンボフレームが重要な理由

すべてのイーサネット・フレームは、ペイロード・サイズに関係なく、18バイトのヘッダーを運びます。MTUが1,500バイトの場合、このオーバーヘッドはトラフィックの約1.2%になります。MTUを9,000にすると、オーバーヘッドはおよそ0.2%に減少します。パケット数が少ないということは、CPU割り込みが少ないということでもあり、実際のアプリケーション作業にサイクルを割くことができます。

実際には、高性能LANでは5%から10%のスループット向上が見られます。専用のストレージ・ネットワーク（iSCSI、NFS）では、10%から30%の改善が見られます。AI/MLワークロードを実行するGPUクラスタも、大きなデータセットがノード間をより少ないセグメンテーションで移動するため、恩恵を受ける。GPUアクセラレーション環境では、8,896のMTUが一般的に推奨されている。

注意点：ジャンボフレームは、あなたが完全に制御する経路でのみ機能します。NIC、スイッチ、ルーターなど、ソースとデスティネーション間のすべてのデバイスが、より大きなMTUをサポートしなければならない。1ホップでも設定を誤ると、断片化やサイレント・パケット・ドロップが発生する。インターネットに面したインターフェイスでは、1,500にこだわりましょう。

ハードウェアの互換性の確認

何かを変更する前に、ネットワーク経路上のすべてのデバイスがジャンボフレームをサポートしていることを確認してください。

現在のMTU設定を確認してください：

ip link show | grep mtu

NICがより大きなMTUを受け入れるかどうかをテストします：

sudo ip link set eth0 mtu 9001

SIOCSIFMTU：SIOCSIFMTU:Invalid argumentと表示された場合、NICはジャンボフレームをサポートしていません。でオフロード能力をチェックすることもできる：

ethtool -k eth0 | grep -i large

スイッチ・コンフィギュレーションも同様に重要です。レイヤー2ヘッダーを考慮するため、ベンダーによって必要なMTU値は若干異なります。Ciscoスイッチは通常9,216を必要とします。Aristaスイッチは9,214を使用します。スイッチのマニュアルを確認し、それに従って設定してください。

VLANを実行している場合、VLANタグは4バイトのオーバーヘッドを追加します。MTU 9,000に設定された親インターフェースは、8,996のVLAN MTUをサポートします。VLANインターフェイスに9,000が必要な場合は、親を9,004に設定してください。

LinuxでのMTUの設定

一時的にMTUを設定し、動作を確認する：

sudo ip link set eth0 mtu 9000
ip link show eth0 | grep mtu

再起動は不要で、すぐに有効になります。ボンド・インターフェースの場合は、ボンド・インターフェース自体にMTUを設定します。これは自動的にメンバーNICに伝わります。

永続化

方法は、お使いのディストロとネットワークマネージャに依存します。

Netplanの場合は、編集後にsudo netplan tryを使う。設定が適用され、2分以内に確認しないと自動的に元に戻るので、リモートサーバーのセーフティネットとして便利です。NetworkManagerの場合は

nmcli connection modify "Eth0" 802-3-ethernet.mtu 9000
nmcli connection up "Eth0"

変更を永続化した後、再起動してip link showで検証し、MTUが生存していることを確認する。

テストとトラブルシューティング

MTU 9,000に設定されたサーバーでも、パス内のデバイスが一致しない場合、大きな転送で失敗することがあります。小さなパケットは問題なく動作するが、大きなパケットは無言でドロップされることがある。常にエンド・ツー・エンドでテストしてください。

ジャンボフレームサポートの検証

フラグメンテーションを無効にしてフルサイズのパケットを送信する：

ping -M do -s 8972 <destination_ip>

8,972のペイロードサイズは、28バイトのIPヘッダーとICMPヘッダーを考慮したものです。pingが成功すれば、フルパスはMTU 9,000をサポートしています。Packet needs to be fragmented but DF set（パケットはフラグメント化する必要があるが、DFは設定されている）」または「Message too long（メッセージが長すぎる）」と表示された場合は、パス内のどこかのMTUが低くなっています。

パスがどこで途切れているかを正確に調べるには

tracepath -n <destination_ip>

これにより、各ホップでの最大MTUが報告されるため、再設定が必要なデバイスを特定できます。

スループットの測定

iperf3を使用して、前後のパフォーマンスを比較します：

iperf3 -c <destination_ip> -t 30 -M 8960

まずデフォルトの MTU で同じテストを実行し、次にジャンボ・フレームを有効にした後にもう一度実行します。測定可能なスループットの向上と、ストレージを多用するワークロードでのCPU使用率の低下が確認できるはずです。

実際の転送中にパケットが無傷で到着していることを確認するには、受信側の再組み立てカウンターをチェックする：

nstat -az IpReasm*

カウンターがゼロのままであれば、フラグメンテーションは起こっていない。

よくある問題

• MTUの不一致：最も一般的な問題。パス内のすべてのデバイスが同じ（またはそれ以上の）MTUを必要とする。1つのスイッチ・ポートが1,500に設定されていると、すべてが壊れてしまいます。
• VLANオーバーヘッドの忘れ：VLANタグは4バイトを追加する。VLANインターフェイスにMTU 9,000が必要な場合、親を9,004に設定してください。
• メンバーのボンドMTU設定：MTUは個々のNICではなく、常にボンドインターフェイスに設定してください。
• NICハードウェアの制限：一部の古いNICでは、9,000未満でキャップアウトします。ethtool -k <interface> | grep -i largeを実行して確認してください。

結論

ジャンボフレームは、内部ネットワークのスループットを向上させ、CPUオーバーヘッドを削減する簡単な方法です。設定自体は簡単です。難しいのは、パス内のすべてのデバイスがより大きなMTUをサポートしていることを確認することである。

ジャンボフレームは、ストレージネットワーク、VMマイグレーション、バックアップ、およびフルパスを制御する高帯域幅の内部トラフィックに使用する。インターネットに面したインターフェースは、標準の1,500バイトMTUのままにしておきます。

FDCのVPSおよび専用サーバーインフラは、プライベートVLANでジャンボフレームをサポートしており、これらのワークロードに適しています。