Jumbo rama

Ramka Ethernet ilustrująca ładunek o zmiennej długości. Ramki Jumbo mają ładunki większe niż 1500 bajtów.

W sieciach komputerowych duże ramki to ramki Ethernet zawierające ponad 1500 bajtów ładunku, co stanowi limit ustalony przez standard IEEE 802.3 . Zwykle duże ramki mogą przenosić do 9000 bajtów ładunku, ale istnieją mniejsze i większe odmiany i należy zachować ostrożność przy używaniu tego terminu. Wiele Gigabit Ethernet i kontrolerów interfejsu sieciowego Gigabit Ethernet oraz niektóre przełączniki Fast Ethernet i karty interfejsu sieciowego Fast Ethernet mogą obsługiwać ramki jumbo.

Początek

Każda ramka Ethernet musi być przetwarzana podczas przechodzenia przez sieć. Przetwarzanie zawartości pojedynczej dużej ramki jest lepsze niż przetwarzanie tej samej treści podzielonej na mniejsze ramki, ponieważ pozwala to na lepsze wykorzystanie dostępnego czasu procesora poprzez zmniejszenie liczby przerwań. Minimalizuje to również liczbę bajtów narzutu i zmniejsza liczbę ramek, które należy przetworzyć. Jest to analogiczne do fizycznego wysyłania paczki papierów zamiast kilku pojedynczych kopert z jednym arkuszem w każdej, oszczędzając koperty i skracając czas sortowania.

Ramki Jumbo zyskały początkową popularność w 1998 roku, kiedy firma Alteon WebSystems wprowadziła je w swoich adapterach ACEnic Gigabit Ethernet . Wielu innych dostawców również przyjęło ten rozmiar; jednak duże ramki nie są częścią oficjalnego standardu Ethernet IEEE 802.3 .

Przyjęcie

Ramki Jumbo mogą potencjalnie zmniejszyć koszty ogólne i cykle procesora oraz pozytywnie wpłynąć na wydajność protokołu TCP typu end-to-end. Obecność ramek typu jumbo może mieć niekorzystny wpływ na opóźnienie sieci, zwłaszcza w przypadku łączy o niskiej przepustowości. Rozmiar ramki używany przez połączenie typu koniec-koniec jest zwykle ograniczony przez najniższy rozmiar ramki w łączach pośrednich. 802.5 Token Ring może obsługiwać ramki z MTU 4464 bajtów , FDDI może transportować 4352 bajty, ATM 9180 bajtów, a 802.11 może transportować 7935 bajtów MTU. IEEE 802.3 Standard Ethernet pierwotnie wymagał obsługi 1500-bajtowych ramek MTU, całkowity rozmiar ramki 1518 bajtów (1522 bajty z opcjonalnym znacznikiem IEEE 802.1Q VLAN / QoS ). Aktualizacja IEEE 802.3as obejmowała wiele wspólnych nagłówków, zwiastunów i enkapsulacji, tworząc koncepcję koperty, w której można uwzględnić do 482 bajtów nagłówka i zwiastuna, a największa ramka Ethernet obsługiwana przez IEEE 802.3 miała 2000 bajtów.

Użycie 9000 bajtów jako preferowanej wielkości ładunku dla ramek jumbo wynikało z dyskusji w ramach Joint Engineering Team of Internet2 i sieci rządu federalnego USA. Ich rekomendacja została przyjęta przez wszystkie inne krajowe sieci badawcze i edukacyjne. [ Potrzebne źródło ] Producenci z kolei przyjęli 9000 bajtów jako konwencjonalny rozmiar MTU, z całkowitym rozmiarem ramki jumbo między 9014 a 9022 bajtów z dołączonymi nagłówkami Ethernet. Większość urządzeń Ethernet może obsługiwać duże ramki do 9216 bajtów.

IEEE 802.1AB -2009 i IEEE 802.3bc -2009 dodały wykrywanie LLDP do standardowego Ethernetu dla maksymalnej długości ramki ( podtyp TLV 4). Umożliwia wykrywanie długości ramki na porcie za pomocą dwuoktetowego pola. Począwszy od IEEE 802.3-2015, dozwolone wartości to 1518 (tylko ramki podstawowe), 1522 (ramki ze znacznikami 802.1Q) i 2000 (ramki z wieloma znacznikami, obwiednie).

Wykrywanie błędów

Proste addytywne sumy kontrolne zawarte w transportach UDP i TCP okazały się nieskuteczne w wykrywaniu błędów bitowych specyficznych dla magistrali, ponieważ przy prostych sumach błędy te mają tendencję do samoczynnego kasowania. Przed przyjęciem RFC 3309 testy z symulowanym wstrzykiwaniem błędów na rzeczywistych danych wykazały, że aż 2% tych błędów nie zostało wykrytych.

Większe ramki są bardziej narażone na niewykryte błędy dzięki prostej detekcji błędów CRC32 stosowanej w ramkach Ethernet — wraz ze wzrostem rozmiaru pakietu zwiększa się prawdopodobieństwo, że wiele błędów zniesie się nawzajem.

Jedno podejście IETF do przyjmowania ramek typu jumbo pozwala uniknąć zmniejszenia integralności danych jednostki danych usługi poprzez wykonanie dodatkowej sumy kontrolnej CRC w następnej warstwie protokołu sieciowego nad Ethernetem. Transport Stream Control Transmission Protocol (SCTP) (RFC 4960) i iSCSI (RFC 7143) używają wielomianu Castagnoli CRC . Wielomian Castagnoli 0x1EDC6F41 osiąga odległość Hamminga HD=6 poza jedną jednostką MTU Ethernet (do długości słowa danych 16 360 bitów) i HD=4 do 114 663 bitów, co stanowi ponad 9-krotność długości jednostki MTU Ethernet. Daje to dwa dodatkowe bity zdolności wykrywania błędów w słowach danych wielkości MTU w porównaniu ze standardowym wielomianem Ethernet CRC, nie rezygnując jednocześnie z możliwości HD=4 dla słów danych o rozmiarach do i powyżej 72 kbitów. Obsługa wielomianu Castagnoli CRC w transporcie ogólnego przeznaczenia zaprojektowanym do obsługi porcji danych oraz w transporcie TCP zaprojektowanym do przenoszenia danych SCSI, oba zapewniają lepsze wskaźniki wykrywania błędów pomimo użycia ramek jumbo, w przypadku których zwiększenie MTU Ethernet miałoby inaczej spowodowało znaczne zmniejszenie wykrywalności błędów.

Konfiguracja

Niektórzy dostawcy uwzględniają nagłówki w ustawieniach rozmiaru, podczas gdy inni nie, czyli albo maksymalny rozmiar ramki (w tym nagłówki ramek, maksymalny rozmiar pakietu warstwy 2) albo maksymalna jednostka transmisji (maksymalny rozmiar pakietu warstwy 3 z wyłączeniem nagłówków ramek). W związku z tym może się okazać, że w urządzeniach różnych dostawców należy skonfigurować różne wartości, aby ustawienia były zgodne. [ potrzebne źródło ]

Mieszanka urządzeń skonfigurowanych do obsługi dużych ramek i urządzeń nieskonfigurowanych do obsługi dużych ramek w sieci może powodować problemy z wydajnością sieci.

Wydajność pasma

Ramki Jumbo mogą zwiększyć wydajność przetwarzania sieci Ethernet i sieci na hostach poprzez zmniejszenie narzutu protokołu , jak pokazano w poniższym przykładzie z protokołem TCP przez IPv4 . Narzut przetwarzania hostów może potencjalnie zmniejszyć się o stosunek wielkości ładunku (w tym przykładzie około sześciokrotna poprawa). To, czy jest to istotne, zależy od sposobu przetwarzania pakietów w hoście. Host korzystający z mechanizmu odciążania TCP kontrolera interfejsu sieciowego przy już zmniejszonym narzucie otrzymuje mniejsze korzyści niż host, który przetwarza ramki za pomocą swojego procesora. Przepustowość dzięki wydajności pasma może wzrosnąć o 4,4%.

Efektywność przepustowości na poziomie ramki dla protokołu TCP przez IPv4
Typ ramki MTU Narzut warstwy 1 Narzut warstwy 2 Narzut warstwy 3 Narzut warstwy 4 Rozmiar ładunku Łącznie przesłane Efektywność
Standard 1500
preambuła 8 bajtów
IPG 12 bajtów
nagłówek ramki 14 bajtów
FCS 4 bajty
Nagłówek IPv4 20 bajtów
Nagłówek TCP 20 bajtów 		1460 bajtów 1538 bajtów 94,93%
Landara 9000
preambuła 8 bajtów
IPG 12 bajtów
nagłówek ramki 14 bajtów
FCS 4 bajty
Nagłówek IPv4 20 bajtów
Nagłówek TCP 20 bajtów 		8960 bajtów 9038 bajtów 99,14%
Inne rozmiary ramek w celach informacyjnych
IEEE 802.11 na A-MSDU 7935
Preambuła i nagłówek PLCP 24 bajty
IPG jest różny
nagłówek ramki i zabezpieczenia ovhd 52 bajty
FCS 4 bajty
Nagłówek IPv4 20 bajtów
Nagłówek TCP 20 bajtów 		7895 bajtów 8015 bajtów + rozmiar IPG < 98,5%
IEEE 802.11 zmostkowany do standardowego Ethernetu 1500
Preambuła i nagłówek PLCP 24 bajty
IPG jest różny
nagłówek ramki i zabezpieczenia ovhd 52 bajty
FCS 4 bajty
Nagłówek IPv4 20 bajtów
Nagłówek TCP 20 bajtów 		1460 bajtów 1580 bajtów + rozmiar IPG < 92,4%

Względna skalowalność przepustowości danych w sieci jako funkcja szybkości przesyłania pakietów jest powiązana w złożony sposób z rozmiarem ładunku na pakiet. Teoretycznie, wraz ze wzrostem przepływności łącza, wielkość ładunku pakietu powinna wzrastać wprost proporcjonalnie, aby zachować równoważne parametry czasowe. Wymaga to jednak skalowania wielu pośredniczących obwodów logicznych wzdłuż ścieżki sieciowej, aby dostosować się do maksymalnego wymaganego rozmiaru ramki.

Gigantyczne ramki dla dzieci

Ramki Baby Gigant lub Baby Jumbo to ramki Ethernet, które są tylko nieznacznie większe niż pozwalają na to standardy IEEE Ethernet. Małe gigantyczne ramki są na przykład wymagane dla IP/ MPLS przez Ethernet w celu dostarczania usług Ethernet ze standardowymi ładunkami 1500 bajtów. Większość implementacji będzie wymagać enkapsulacji ramek użytkownika innych niż jumbo do formatu ramki MPLS, który z kolei może być enkapsulowany do odpowiedniego formatu ramki Ethernet z wartościami EtherType 0x8847 i 0x8848. Zwiększony narzut dodatkowych nagłówków MPLS i Ethernet oznacza, że ​​wymagana jest obsługa ramek do 1600 bajtów w Carrier Ethernet .

Super duże ramki

Ramki super jumbo (SJF) to ramki o rozmiarze ładunku przekraczającym 9000 bajtów. Ponieważ zwiększenie MTU ścieżki w wysokowydajnych krajowych sieciach badawczych i edukacyjnych z mniej więcej 1500 bajtów do mniej więcej 9000 bajtów było stosunkowo trudnym i dość długotrwałym procesem, rozważa się kolejne zwiększenie, być może do 64 000 bajtów. [ Potrzebne źródło ] Głównym zaangażowanym czynnikiem jest zwiększenie dostępnego rozmiaru bufora pamięci w każdym interweniującym mechanizmie trwałości na ścieżce. Innym ważnym czynnikiem do rozważenia jest dalsza redukcja skuteczności CRC32 w wykrywanie błędów w ramach jeszcze większych rozmiarów ramek.

Pole Total Length w IPv4 i pole Payload Length w IPv6 mają rozmiar 16 bitów, co pozwala na przesyłanie danych do 65 535 oktetów . Opcja jumbo payload IPv6 pozwala na ładowność do 4 GiB (2 32 -1 bajtów). Te teoretyczne ograniczenia MTU protokołu internetowego (IP) są jednak osiągane tylko w sieciach z odpowiednią infrastrukturą warstwy łącza.

Alternatywne podejście

Duże odciążenie wysyłania i duże odciążanie odbierania przetwarzania na ramkę, dzięki czemu obciążenie procesora jest w dużej mierze niezależne od rozmiaru ramki. Jest to kolejny sposób na wyeliminowanie narzutu na pakiet, który miał zostać zredukowany przez duże ramki. Ramki Jumbo są nadal przydatne z punktu widzenia przepustowości, ponieważ zmniejszają ilość przepustowości używanej do narzutu niezwiązanego z danymi.

Notatki

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Jumbo_frame&oldid=1136621335 ”