Джамбо-фрейм

В сетях компьютерных большие кадры представляют собой кадры Ethernet с полезной нагрузкой более 1500 байт — предел, установленный стандартом IEEE 802.3 . ^[1] Ограничение полезной нагрузки для больших кадров является переменным: хотя наиболее часто используемым пределом является 9000 байт, существуют меньшие и большие ограничения. Многие коммутаторы Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet и контроллеры сетевых интерфейсов , а также некоторые коммутаторы Fast Ethernet и сетевые карты Fast Ethernet могут поддерживать большие кадры. ^[2]

Зарождение

Каждый кадр Ethernet должен обрабатываться по мере его 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 уменьшения количества прерываний. Это также сводит к минимуму количество служебных байтов и уменьшает количество кадров, которые необходимо обработать. ^[3] Это аналогично физической отправке пакета документов вместо нескольких отдельных конвертов по одному листу в каждом, что позволяет сэкономить конверты и сократить время сортировки.

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

Принятие

Jumbo-кадры могут снизить накладные расходы и циклы ЦП. ^[5] и положительно влияют на сквозную производительность TCP. ^[6] Наличие больших кадров может отрицательно повлиять на задержку сети, особенно на каналах с низкой пропускной способностью. Размер кадра, используемый сквозным соединением, обычно ограничивается наименьшим размером кадра в промежуточных каналах. 802.5 Token Ring 4464 байта может поддерживать кадры с MTU , FDDI может передавать 4352 байта, ATM 9180 байт и 802.11 может передавать MTU 7935 байт. Стандарт Ethernet IEEE 802.3 изначально требовал поддержки кадров MTU размером 1500 байт, общий размер кадра 1518 байт (1522 байта с дополнительным тегом IEEE 802.1Q VLAN / QoS ). Обновление IEEE 802.3as унаследовало несколько общих заголовков, концевиков и инкапсуляций, создав концепцию конверта, в который можно было включить до 482 байтов заголовка и концевика, а самый большой кадр Ethernet, поддерживаемый IEEE 802.3, стал 2000 байт.

Использование 9000 байт в качестве предпочтительного размера полезной нагрузки для больших кадров возникло в результате обсуждений в Объединенной инженерной группе Интернета2 и сетях федерального правительства США. ^[7] Их рекомендация была принята всеми другими национальными исследовательскими и образовательными сетями. ^{[ нужна ссылка ]} Производители, в свою очередь, приняли 9000 байт в качестве обычного размера MTU, при этом общий размер гигантского кадра составляет от 9014 до 9022 байт, включая заголовки Ethernet. ^[8] Большинство оборудования Ethernet может поддерживать большие кадры длиной до 9216 байт. ^[9]

IEEE 802.1AB -2009 и IEEE 802.3bc -2009 добавили обнаружение LLDP к стандартному Ethernet для максимальной длины кадра ( подтип TLV 4). ^[10] Он позволяет определять длину кадра на порту по двухоктетному полю. Согласно IEEE 802.3-2015, допустимые значения: 1518 (только базовые кадры), 1522 (кадры с тегами 802.1Q) и 2000 (кадры с несколькими тегами, конвертные кадры). ^[11]

Обнаружение ошибок

Ошибки в больших кадрах 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 становится более вероятным, что несколько ошибок компенсируют друг друга. ^[а]

Один из подходов IETF к принятию больших кадров позволяет избежать снижения целостности данных блока служебных данных за счет выполнения дополнительной CRC на следующем уровне сетевого протокола над Ethernet. Транспорт протокола передачи управления потоком (SCTP) (RFC 4960) и iSCSI (RFC 7143) используют полином CRC Кастаньоли . Полином Кастаньоли 0x1EDC6F41 обеспечивает расстояние 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 размером MTU по сравнению со стандартным полиномом Ethernet CRC, не жертвуя при этом возможностью HD=4 для слов данных размером до 72 кбит и выше. ^[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 больших кадров, где в противном случае увеличение MTU Ethernet потребовало бы увеличения. привело к значительному снижению обнаружения ошибок.

Конфигурация

В сетевом оборудовании максимальный размер большого кадра может быть указан либо с использованием максимального размера кадра (максимальный размер пакета уровня 2, включая заголовки кадров), либо максимальной единицы передачи (максимальный размер пакета уровня 3, без заголовков кадров), в зависимости от интерфейса конфигурации оборудования. ^{[ нужна ссылка ]}

В сети, в которой есть как устройства, настроенные для больших кадров, так и устройства, не настроенные для больших кадров, могут возникнуть проблемы с производительностью. ^[14]

Эффективность полосы пропускания

Кадры большого размера могут повысить эффективность Ethernet и сетевой обработки на узлах за счет снижения накладных расходов протокола , как показано в следующем примере с TCP через IPv4 . Накладные расходы на обработку хостов потенциально могут уменьшиться в зависимости от соотношения размеров полезной нагрузки (в этом примере улучшение примерно в шесть раз). Важно ли это, зависит от того, как пакеты обрабатываются на хосте. Хост, который использует контроллера сетевого интерфейса своего механизм разгрузки TCP с уже уменьшенными накладными расходами, получает меньшую выгоду, чем хост, который обрабатывает кадры своим ЦП. Пропускная способность за счет эффективности использования полосы пропускания может увеличиться на 4,4%. ^[А]

Эффективность использования полосы пропускания на уровне кадра для TCP через IPv4
Тип рамы	ЧЕЛОВЕК	Накладные расходы уровня 1		Накладные расходы уровня 2		Накладные расходы уровня 3	Накладные расходы уровня 4	Размер полезной нагрузки	Всего передано ^[Б]	Эффективность ^[С]
Стандартный	1500	преамбула 8 байт	ИПГ 12 байт	заголовок кадра 14 байт	ФТС 4 байта	заголовок IPv4 20 байт	TCP-заголовок 20 байт	1460 байт	1538 байт	94.93%
Джамбо	9000	преамбула 8 байт	ИПГ 12 байт	заголовок кадра 14 байт	ФТС 4 байта	заголовок IPv4 20 байт	TCP-заголовок 20 байт	8960 байт	9038 байт	99.14%
Другие размеры рамы для справки
IEEE 802.11 на A-MSDU ^[15]^[16]	7935	Преамбула и заголовок PLCP 24 байта	ИПГ варьируется	Заголовок кадра и безопасность OVHD 52 байта	ФТС 4 байта	заголовок IPv4 20 байт	TCP-заголовок 20 байт	7895 байт	8015 байт + размер IPG	< 98,5%
IEEE 802.11 соединен со стандартным Ethernet	1500	Преамбула и заголовок PLCP 24 байта	ИПГ варьируется	Заголовок кадра и безопасность OVHD 52 байта	ФТС 4 байта	заголовок IPv4 20 байт	TCP-заголовок 20 байт	1460 байт	1580 байт + размер IPG	< 92,4%

^ 99.14% ⁄ 94.93% -100%
^ Общий передаваемый размер представляет собой сумму размера полезной нагрузки и всех размеров служебных данных.
^ Эффективность рассчитывается путем деления размера полезной нагрузки на общий размер передаваемой информации.

Относительная масштабируемость пропускной способности сетевых данных как функция скорости передачи пакетов сложным образом связана с размером полезной нагрузки на пакет. ^[17] Теоретически, по мере увеличения скорости передачи данных размер полезной нагрузки пакета должен увеличиваться прямо пропорционально, чтобы поддерживать эквивалентные параметры синхронизации. Однако это подразумевает масштабирование многочисленных промежуточных логических схем на сетевом пути для обеспечения требуемого максимального размера кадра.

Детские гигантские рамки

Детские гигантские или детские большие кадры — это кадры Ethernet, размер которых лишь немного больше, чем разрешено стандартами IEEE Ethernet. ^[2] Например, для IP/ MPLS over Ethernet требуются гигантские кадры для доставки услуг Ethernet со стандартной полезной нагрузкой в 1500 байт. В большинстве реализаций требуется инкапсуляция пользовательских кадров, не являющихся большими, в формат кадров MPLS, который, в свою очередь, может быть инкапсулирован в правильный формат кадров Ethernet со EtherType 0x8847 и 0x8848. значениями ^[18] требуется поддержка кадров размером до 1600 байт Увеличение накладных расходов на дополнительные заголовки MPLS и Ethernet означает, что в сетях Carrier Ethernet . ^[19]

Jumbo-кадры для PPPoE определены в RFC 4638 с целью устранения старого ограничения в 1492 байта (первоначально определенного, поскольку PPP требует еще 8 байтов служебных данных), чтобы обычный 1500-байтовый Ethernet мог работать без фрагментации. Тег «PPP-Max-Payload» по-прежнему может содержать гораздо большие, не вспомогательные, большие кадры. ^[20]

Супер большие кадры

Кадры Super Jumbo которых (SJF) — это кадры, размер полезной нагрузки превышает 9000 байт. ^[21] Поскольку процесс увеличения MTU пути высокопроизводительных национальных исследовательских и образовательных сетей был относительно сложным и несколько длительным с 1500 байт до 9000 байт или около того, рассматривается возможность последующего увеличения, возможно, до 64 000 байт. ^{[ нужна ссылка ]} Основным фактором является увеличение размера доступного буфера памяти в каждом промежуточном механизме сохранения на пути. Еще одним важным фактором, который следует учитывать, является дальнейшее снижение эффективности CRC32 при обнаружении ошибок даже в кадрах большего размера.

Поле «Общая длина» и IPv4 поле Длина полезной нагрузки» « IPv6 имеют размер 16 бит, что позволяет передавать данные размером до 65 535 октетов . IPv6 Опция большой полезной нагрузки позволяет использовать до 4 ГиБ (2 ³²-1 байт) полезная нагрузка. Однако эти теоретические пределы MTU интернет-протокола (IP) достигаются только в сетях, имеющих подходящую инфраструктуру канального уровня.

Альтернативный подход

Большая разгрузка отправки и большая разгрузка приема при обработке каждого кадра, что делает загрузку ЦП в значительной степени независимой от размера кадра. Это еще один способ устранить накладные расходы на каждый пакет, для уменьшения которых были разработаны большие кадры. ^[22] Кадры Jumbo по-прежнему полезны с точки зрения пропускной способности, поскольку они уменьшают объем полосы пропускания, используемый для служебных данных, не связанных с данными.

Примечания

^ Мэтт Мэтис обсудил, является ли это на самом деле практической проблемой, утверждая, что уменьшенное количество пакетов для больших кадров нейтрализует более высокий уровень необнаруженных ошибок. ^[12]

Ссылки

^ «Jumbo Frames Ethernet» (PDF) . Ethernet Альянс. 12 ноября 2009 г. Проверено 18 июня 2015 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Поддержка Jumbo/Giant Frame в примере конфигурации коммутаторов Catalyst» . Циско . Проверено 22 августа 2011 г. Коммутаторы Catalyst серии 3750/3560 поддерживают MTU размером 1998 байт для всех интерфейсов 10/100.
^ «Jumbo Frames Ethernet» (PDF) . EthernetAlliance.org . Проверено 28 апреля 2017 г.
^ Джефф Карузо (22 октября 1998 г.). «Альтеон все еще ищет Jumbo Frames» . Сетевой мир . Архивировано из оригинала 15 октября 2012 г. Проверено 4 июля 2011 г.
^ Фунг, А; Т. Хафф; Х. Хум; Дж. Патвардхан; Г. Ренье (2003). «Повторный визит к производительности TCP». 2003 Международный симпозиум IEEE по анализу производительности систем и программного обеспечения. ИСПАС 2003 . стр. 70–79. дои : 10.1109/ISPASS.2003.1190234 . ISBN 978-0-7803-7756-1 . S2CID 17023487 .
^ Д. Мюррей; Т Козинец; К. Ли; М. Диксон (2012). «Большие MTU и производительность в Интернете» . 2012 13-я Международная конференция IEEE по высокопроизводительной коммутации и маршрутизации . стр. 82–87. дои : 10.1109/HPSR.2012.6260832 . ISBN 978-1-4577-0833-6 . S2CID 232321 .
^ Рик Саммерхилл (17 февраля 2003 г.), rrsum-almes-mtu , Internet2
^ 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.
^ Скотт Хогг (06 марта 2013 г.), Jumbo Frames , Network World , получено 5 августа 2013 г. , Большинство сетевых устройств поддерживают размер больших кадров 9216 байт.
^ IEEE 802.3 79.3.4 TLV максимального размера кадра
^ IEEE 802.3 3.2.7 Поле данных MAC-клиента
^ Матис, Мэтт (08 октября 2016 г.). «Споры об Internet MTU» . Архивировано из оригинала 8 октября 2016 г. Проверено 23 августа 2019 г.
^ Филип Купман. «32-битные циклические избыточные коды для интернет-приложений» (PDF) . Департамент ECE и ICES, Университет Карнеги-Меллон.
^ «Руководство по использованию больших кадров» . Нетгир . Проверено 21 марта 2020 г.
^ Филипп (20 октября 2016 г.). «Настройка скорости беспроводной сети» . www.speedguide.net . Проверено 20 октября 2016 г.
^ IEEE 802.11-2012 8.2.3 Общий формат кадра
^ Резерфорд, В.; Йоргенсон, Л.; Зигерт, М.; Ван Эпп, П.; Лю, Л. (2007). «Эксперименты с моделированием 16 000–64 000 B pMTU: случай использования кадров супер-джамбо в Supercomputing '05». Оптическая коммутация и сети . 4 (2): 121–130. дои : 10.1016/j.osn.2006.10.001 .
^ RFC-3032, Кодирование стека меток MPLS
^ «Ceragon, Jumbo Frames: микроволновая перспектива, техническое описание» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 сентября 2012 г.
^ Арберг, П.; Куркузелис, Д.; Дакетт, М.; Аншуц, Т.; Мойсанд, Дж. (сентябрь 2006 г.). «Размещение максимальной единицы передачи/максимальной единицы приема (MTU/MRU) более 1492 в протоколе «точка-точка» через Ethernet (PPPoE)» . дои : 10.17487/RFC4638 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ «Изучение эффектов больших кадров» . Проверено 13 ноября 2022 г.
^ «Реликвия кодирования: Реквием по огромным кадрам» . 07.12.2011 . Проверено 7 декабря 2011 г.

Внешние ссылки

Jumbo Frames – где это использовать?
Большие кадры? Да! , Селина Ло, Alteon Networks, 23 февраля 1998 г., NetworkWorld
Повышение интернет-MTU
Рабочая группа по расширению кадров IEEE 802.3as
32-битные циклические избыточные коды для интернет-приложений
Необходимо знать: большие кадры в небольших сетях
Jumbo-фреймы в вики Arch Linux

[16] 99.14% ⁄ 94.93% -100%

[17] Общий передаваемый размер представляет собой сумму размера полезной нагрузки и всех размеров служебных данных.

[18] Эффективность рассчитывается путем деления размера полезной нагрузки на общий размер передаваемой информации.

[13] Мэтт Мэтис обсудил, является ли это на самом деле практической проблемой, утверждая, что уменьшенное количество пакетов для больших кадров нейтрализует более высокий уровень необнаруженных ошибок. ^[12]

[1] «Jumbo Frames Ethernet» (PDF) . Ethernet Альянс. 12 ноября 2009 г. Проверено 18 июня 2015 г.

[Cisco24048-2] Перейти обратно: ^а ^б «Поддержка Jumbo/Giant Frame в примере конфигурации коммутаторов Catalyst» . Циско . Проверено 22 августа 2011 г. Коммутаторы Catalyst серии 3750/3560 поддерживают MTU размером 1998 байт для всех интерфейсов 10/100.

[3] «Jumbo Frames Ethernet» (PDF) . EthernetAlliance.org . Проверено 28 апреля 2017 г.

[4] Джефф Карузо (22 октября 1998 г.). «Альтеон все еще ищет Jumbo Frames» . Сетевой мир . Архивировано из оригинала 15 октября 2012 г. Проверено 4 июля 2011 г.

[5] Фунг, А; Т. Хафф; Х. Хум; Дж. Патвардхан; Г. Ренье (2003). «Повторный визит к производительности TCP». 2003 Международный симпозиум IEEE по анализу производительности систем и программного обеспечения. ИСПАС 2003 . стр. 70–79. дои : 10.1109/ISPASS.2003.1190234 . ISBN 978-0-7803-7756-1 . S2CID 17023487 .

[6] Д. Мюррей; Т Козинец; К. Ли; М. Диксон (2012). «Большие MTU и производительность в Интернете» . 2012 13-я Международная конференция IEEE по высокопроизводительной коммутации и маршрутизации . стр. 82–87. дои : 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 (06 марта 2013 г.), Jumbo Frames , Network World , получено 5 августа 2013 г. , Большинство сетевых устройств поддерживают размер больших кадров 9216 байт.

[10] IEEE 802.3 79.3.4 TLV максимального размера кадра

[11] IEEE 802.3 3.2.7 Поле данных MAC-клиента

[12] Матис, Мэтт (08 октября 2016 г.). «Споры об Internet MTU» . Архивировано из оригинала 8 октября 2016 г. Проверено 23 августа 2019 г.

[14] Филип Купман. «32-битные циклические избыточные коды для интернет-приложений» (PDF) . Департамент ECE и ICES, Университет Карнеги-Меллон.

[15] «Руководство по использованию больших кадров» . Нетгир . Проверено 21 марта 2020 г.

[19] Филипп (20 октября 2016 г.). «Настройка скорости беспроводной сети» . www.speedguide.net . Проверено 20 октября 2016 г.

[20] IEEE 802.11-2012 8.2.3 Общий формат кадра

[Rutherford-21] Резерфорд, В.; Йоргенсон, Л.; Зигерт, М.; Ван Эпп, П.; Лю, Л. (2007). «Эксперименты с моделированием 16 000–64 000 B pMTU: случай использования кадров супер-джамбо в Supercomputing '05». Оптическая коммутация и сети . 4 (2): 121–130. дои : 10.1016/j.osn.2006.10.001 .

[RFC-3032-22] RFC-3032, Кодирование стека меток MPLS

[Ceragon-23] «Ceragon, Jumbo Frames: микроволновая перспектива, техническое описание» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 сентября 2012 г.

[24] Арберг, П.; Куркузелис, Д.; Дакетт, М.; Аншуц, Т.; Мойсанд, Дж. (сентябрь 2006 г.). «Размещение максимальной единицы передачи/максимальной единицы приема (MTU/MRU) более 1492 в протоколе «точка-точка» через Ethernet (PPPoE)» . дои : 10.17487/RFC4638 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[25] «Изучение эффектов больших кадров» . Проверено 13 ноября 2022 г.

[26] «Реликвия кодирования: Реквием по огромным кадрам» . 07.12.2011 . Проверено 7 декабря 2011 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[а]

[13]

[14]

[А]

[Б]

[С]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[12]

v т и Ethernet Семейство локальных сетей технологий
Скорости	10 Мбит/с 100 Мбит/с 1 Гбит/с 2,5 и 5 Гбит/с 10 Гбит/с 25 и 50 Гбит/с 40 и 100 Гбит/с 200, 400, 800 и 1600 Гбит/с
Общий	Физический уровень Автосогласование Тип Эфира Управление потоком Рамки Джамбос
Организации	ИЭЭЭ 802.3 Ethernet Альянс
СМИ	Волокно Витая пара Коаксиальный Первая миля 10G-ЭПОН
Исторический	CSMA/CD СтарЛАН 10ШИРОКИЙ36 10BASE-ФБ 10BASE-ФЛ 10BASE5 10BASE2 ВСЕГДА ФОЙРЛ 100BaseVG ЛаттисНет Дальний охват
Приложения	Аудио Автомобильная промышленность Перевозчик Дата-центр Энергоэффективность Промышленный Метро Власть синхронный
Трансиверы	ГБИК СФП/СФП+/КСФП/КСФП+/ОСФП КСЕНПАК / X2 XFP CFP
Интерфейсы	АУИ ЕАД МДИ ТЫСЯЧА Вторая мировая война XGMII ХАУИ
Категория Коммонс