stringtranslate.com

Большой кадр

Кадр Ethernet, иллюстрирующий полезную нагрузку переменной длины. Кадры Jumbo имеют полезную нагрузку более 1500 байт.

В компьютерных сетях кадры jumbo представляют собой кадры Ethernet с более чем 1500 байтами полезной нагрузки, что является пределом, установленным стандартом IEEE 802.3 . [1] Предел полезной нагрузки для кадров jumbo является переменным: хотя 9000 байт — наиболее часто используемый предел, существуют меньшие и большие пределы. Многие коммутаторы Gigabit Ethernet и контроллеры сетевых интерфейсов Gigabit Ethernet , а также некоторые коммутаторы Fast Ethernet и сетевые интерфейсные платы Fast Ethernet могут поддерживать кадры jumbo. [2]

Зарождение

Каждый кадр Ethernet должен быть обработан по мере прохождения через сеть. Обработка содержимого одного большого кадра предпочтительнее обработки того же содержимого, разбитого на более мелкие кадры, поскольку это позволяет лучше использовать доступное время ЦП за счет сокращения прерываний. Это также минимизирует количество служебных байтов и уменьшает количество кадров, которые необходимо обработать. [3] Это аналогично физической отправке пачки бумаг вместо нескольких отдельных конвертов с одним листом в каждом, что экономит конверты и сокращает время сортировки.

Jumbo-кадры приобрели первоначальную известность в 1998 году, когда компания Alteon WebSystems представила их в своих адаптерах ACEnic Gigabit Ethernet . [4] Многие другие поставщики также приняли этот размер; однако jumbo-кадры не являются частью официального стандарта Ethernet IEEE 802.3 .

Принятие

Jumbo-кадры могут снизить накладные расходы и циклы ЦП [5] и оказать положительное влияние на сквозную производительность TCP. [6] Наличие jumbo-кадров может оказать отрицательное влияние на задержку сети, особенно на соединениях с низкой пропускной способностью. Размер кадра, используемый сквозным соединением, обычно ограничен наименьшим размером кадра в промежуточных соединениях. 802.5 Token Ring может поддерживать кадры с MTU 4464 байта , FDDI может передавать 4352 байта, ATM 9180 байт, а 802.11 может передавать 7935 байт MTU. Стандарт Ethernet IEEE 802.3 изначально предписывал поддержку кадров MTU 1500 байт, общий размер кадра 1518 байт (1522 байта с дополнительным тегом IEEE 802.1Q VLAN / QoS ). Обновление IEEE 802.3as было основано на нескольких общих заголовках, трейлерах и инкапсуляциях, создав концепцию конверта, в который можно было включить до 482 байт заголовка и трейлера, а самый большой поддерживаемый IEEE 802.3 кадр Ethernet стал составлять 2000 байт.

Использование 9000 байт в качестве предпочтительного размера полезной нагрузки для больших кадров возникло в результате обсуждений в рамках Объединенной инженерной группы Internet2 и сетей федерального правительства США. [7] Их рекомендация была принята всеми другими национальными исследовательскими и образовательными сетями. [ требуется ссылка ] Производители, в свою очередь, приняли 9000 байт в качестве обычного размера MTU, с общим размером большого кадра от 9014 до 9022 байт с включенными заголовками Ethernet. [8] Большая часть оборудования Ethernet может поддерживать большие кадры до 9216 байт. [9]

IEEE 802.1AB -2009 и IEEE 802.3bc -2009 добавили обнаружение LLDP к стандартному Ethernet для максимальной длины кадра ( TLV подтип 4). [10] Он позволяет определять длину кадра на порту с помощью двухоктетного поля. Начиная с IEEE 802.3-2015, допустимые значения составляют 1518 (только базовые кадры), 1522 (кадры с тегами 802.1Q) и 2000 (многотеговые, конвертные кадры). [11]

Обнаружение ошибок

Ошибки в кадрах jumbo с большей вероятностью останутся незамеченными с помощью простого обнаружения ошибок CRC32 Ethernet и простых аддитивных контрольных сумм UDP и TCP : по мере увеличения размера пакета возрастает вероятность того, что множественные ошибки нейтрализуют друг друга. [a]

Один из подходов IETF к принятию кадров jumbo позволяет избежать снижения целостности данных служебного блока данных путем выполнения дополнительного CRC на следующем уровне сетевого протокола выше Ethernet. Транспорт Stream Control Transmission Protocol (SCTP) (RFC 4960) и iSCSI (RFC 7143) используют полином CRC Кастаньоли . Полином Кастаньоли 0x1EDC6F41 достигает расстояния Хэмминга HD=6 за пределами одного Ethernet MTU (до длины слова данных 16 360 бит) и HD=4 до 114 663 бит, что более чем в 9 раз превышает длину Ethernet MTU. Это дает два дополнительных бита возможности обнаружения ошибок в словах данных размера MTU по сравнению со стандартным полиномом Ethernet CRC, не жертвуя при этом возможностью HD=4 для размеров слов данных до и более 72 кбит. [13] Поддержка полинома CRC Кастаньоли в транспорте общего назначения, предназначенном для обработки фрагментов данных, и в транспорте TCP, предназначенном для передачи данных SCSI, оба обеспечивают улучшенные показатели обнаружения ошибок, несмотря на использование кадров jumbo, где увеличение Ethernet MTU в противном случае привело бы к значительному снижению обнаружения ошибок.

Конфигурация

В сетевом оборудовании максимальный размер кадра jumbo может быть указан с использованием максимального размера кадра (максимальный размер пакета уровня 2, включая заголовки кадра) или максимального размера передаваемого блока (максимальный размер пакета уровня 3, исключая заголовки кадра) в зависимости от интерфейса конфигурации оборудования. [ необходима ссылка ]

Сеть, в которой есть как устройства, настроенные на большие кадры, так и устройства, не настроенные на большие кадры, может иметь проблемы с производительностью. [14]

Эффективность использования полосы пропускания

Кадры Jumbo могут повысить эффективность Ethernet и сетевой обработки на хостах за счет снижения накладных расходов протокола , как показано в следующем примере с TCP через IPv4 . Накладные расходы на обработку хостов могут потенциально уменьшиться на отношение размеров полезной нагрузки (примерно шестикратное улучшение в этом примере). Является ли это значительным, зависит от того, как пакеты обрабатываются на хосте. Хост, который использует механизм разгрузки TCP своего сетевого контроллера интерфейса с уже сниженными накладными расходами, получает меньше выгоды, чем хост, который обрабатывает кадры своим ЦП. Пропускная способность за счет эффективности полосы пропускания может увеличиться на 4,4%. [A]

  1. ^ 99,14% ⁄ 94,93% -100%
  2. ^ Общий размер передаваемых данных представляет собой сумму размера полезной нагрузки и всех размеров служебных данных.
  3. ^ Эффективность рассчитывается путем деления размера полезной нагрузки на общий переданный размер.

Относительная масштабируемость пропускной способности сети как функция скорости передачи пакетов связана сложным образом с размером полезной нагрузки на пакет. [17] Теоретически, по мере увеличения скорости передачи данных по линии размер полезной нагрузки пакета должен увеличиваться прямо пропорционально для поддержания эквивалентных временных параметров. Однако это подразумевает масштабирование многочисленных промежуточных логических схем вдоль сетевого пути для размещения максимального требуемого размера кадра.

Детские гигантские рамы

Кадры Baby giant или baby jumbo — это кадры Ethernet, которые лишь немного больше, чем разрешено стандартами IEEE Ethernet. [2] Кадры Baby giant, например, требуются для IP/ MPLS over Ethernet для предоставления услуг Ethernet со стандартной полезной нагрузкой в ​​1500 байт. Большинство реализаций потребуют инкапсуляции пользовательских кадров non-jumbo в формат кадра MPLS, который, в свою очередь, может быть инкапсулирован в надлежащий формат кадра Ethernet со значениями EtherType 0x8847 и 0x8848. [18] Увеличенные накладные расходы дополнительных заголовков MPLS и Ethernet означают, что в сетях Carrier Ethernet требуется поддержка кадров размером до 1600 байт . [19]

Jumbo-кадры для PPPoE определены в RFC 4638 с целью устранения старого ограничения в 1492 байта (первоначально определенного, поскольку PPP требовалось на 8 байт больше служебных данных), так что обычный Ethernet размером 1500 байт может работать без фрагментации. Тег "PPP-Max-Payload" все еще может вмещать гораздо большие, не детские jumbo-кадры. [20]

Супер большие кадры

Кадры супер-джамбо (SJF) — это кадры, размер полезной нагрузки которых превышает 9000 байт. [21] Поскольку процесс увеличения MTU пути высокопроизводительных национальных исследовательских и образовательных сетей с 1500 байт до 9000 байт или около того оказался относительно сложным и довольно длительным, рассматривается возможность последующего увеличения, возможно, до 64 000 байт. [ необходима цитата ] Основным фактором является увеличение размера доступного буфера памяти в каждом промежуточном механизме сохранения на пути. Другим важным фактором, который следует учитывать, является дальнейшее снижение эффективности CRC32 при обнаружении ошибок в кадрах еще большего размера.

Поле общей длины IPv4 и поле длины полезной нагрузки IPv6 имеют размер 16 бит, что позволяет передавать данные объемом до 65 535 октетов . Опция jumbo payload IPv6 допускает полезную нагрузку размером до 4  ГиБ (2 32 -1 байт). Однако эти теоретические ограничения для MTU интернет-протокола (IP) достигаются только в сетях с подходящей инфраструктурой канального уровня.

Альтернативный подход

Большая разгрузка отправки и большая разгрузка получения разгружают обработку на кадр, делая загрузку ЦП в значительной степени независимой от размера кадра. Это еще один способ устранить накладные расходы на пакет, которые были разработаны для уменьшения больших кадров. [22] Большие кадры по-прежнему полезны с точки зрения пропускной способности, поскольку они уменьшают объем полосы пропускания, используемый для неданных накладных расходов.

Примечания

  1. ^ Мэтт Матис обсудил, является ли это на самом деле практической проблемой, утверждая, что уменьшенное количество пакетов для больших кадров противодействует более высокому уровню необнаруженных ошибок. [12]

Ссылки

  1. ^ "Ethernet Jumbo Frames" (PDF) . Ethernet Alliance. 2009-11-12 . Получено 2015-06-18 .
  2. ^ ab "Поддержка Jumbo/Giant Frame на примере конфигурации коммутаторов Catalyst". Cisco . Получено 2011-08-22 . Коммутаторы серии Catalyst 3750/3560 поддерживают MTU в 1998 байт для всех интерфейсов 10/100
  3. ^ "Ethernet Jumbo Frames" (PDF) . EthernetAlliance.org . Получено 28 апреля 2017 г. .
  4. ↑ Джефф Карузо (22 октября 1998 г.). «Alteon still stumping for Jumbo Frames». Network World . Архивировано из оригинала 2012-10-15 . Получено 4 июля 2011 г.
  5. ^ Foong, A; T. Huff; H. Hum; J. Patwardhan; G. Regnier (2003). "Повторный взгляд на производительность TCP". Международный симпозиум IEEE 2003 года по анализу производительности систем и программного обеспечения. ISPASS 2003. стр. 70–79. doi :10.1109/ISPASS.2003.1190234. ISBN 978-0-7803-7756-1. S2CID  17023487.
  6. ^ D Murray; T Koziniec; K Lee; M Dixon (2012). «Большие MTU и производительность интернета». 2012 IEEE 13-я Международная конференция по высокопроизводительной коммутации и маршрутизации . стр. 82–87. doi :10.1109/HPSR.2012.6260832. ISBN 978-1-4577-0833-6. S2CID  232321.
  7. ↑ Рик Саммерхилл (17 февраля 2003 г.), rrsum-almes-mtu, Internet2
  8. ^ Малахувайш, Аос; Бакар, Камалрулнизам; Гафур, Кайхан (2012). «Подход к предотвращению перегрузок в IP-сети с поддержкой Jumbo Frame». Международный журнал передовых компьютерных наук и приложений . 3 (1): 69 – через ResearchGate.
  9. ^ Скотт Хогг (2013-03-06), Jumbo-кадры, Network World , получено 2013-08-05 , Большинство сетевых устройств поддерживают размер jumbo-кадра 9216 байт.
  10. ^ IEEE 802.3 79.3.4 Максимальный размер кадра TLV
  11. ^ Поле данных MAC-клиента IEEE 802.3 3.2.7
  12. ^ Матис, Мэтт (2016-10-08). "Аргументы об Internet MTU". Архивировано из оригинала 2016-10-08 . Получено 2019-08-23 .
  13. ^ Филип Купман. «32-битные циклические избыточные коды для интернет-приложений» (PDF) . Кафедра ECE и ICES, Университет Карнеги-Меллона.
  14. ^ "Руководство по использованию больших кадров". Netgear . Получено 21.03.2020 .
  15. ^ Филипп (20 октября 2016 г.). «Настройки скорости беспроводной сети». speedguide.net . Получено 20 октября 2016 г. .
  16. ^ IEEE 802.11-2012 8.2.3 Общий формат кадра
  17. ^ Резерфорд, В.; Йоргенсон, Л.; Зигерт, М.; Ван Эпп, П.; Лю, Л. (2007). «Эксперименты с моделированием 16000–64000 B pMTU: случай супер-джамбо-кадров на Supercomputing '05». Оптическая коммутация и сетевые технологии . 4 (2): 121–130. doi :10.1016/j.osn.2006.10.001.
  18. ^ RFC-3032, Кодирование стека меток MPLS
  19. ^ "Ceragon, Jumbo Frames: The Microwave Perspective, Technical brief" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2012-09-15.
  20. ^ Arberg, P.; Kourkouzelis, D.; Duckett, M.; Anschutz, T.; Moisand, J. (сентябрь 2006 г.). «Размещение максимального транзитного блока/максимального приемного блока (MTU/MRU) больше 1492 в протоколе точка-точка через Ethernet (PPPoE)». doi : 10.17487/RFC4638 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  21. ^ "Изучение эффектов больших кадров" . Получено 2022-11-13 .
  22. ^ "Coding Relic: Requiem for Jumbo Frames". 2011-12-07 . Получено 2011-12-07 .

Внешние ссылки