Джамбо-фреймы в сетях Ethernet: особенности и применение.
Jumbo frame
Джамбо фреймы: большие Ethernet пакеты данных (более 1500 байт). Увеличение производительности сети за счет снижения нагрузки на CPU и уменьшения прерываний.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Ethernet-фрейм с полезной нагрузкой более 1500 байт.
Ethernet frame with more than 1500 bytes payload
В компьютерных сетях, джамбо-фреймы — это Ethernet-фреймы с полезной нагрузкой более 1500 байт, что является ограничением, установленным стандартом IEEE 802.3. Предел полезной нагрузки для джамбо-фреймов может быть разным: хотя 9000 байт является наиболее распространенным пределом, существуют и меньшие, и большие значения. Многие коммутаторы Gigabit Ethernet и сетевые контроллеры Gigabit Ethernet, а также некоторые коммутаторы Fast Ethernet и сетевые карты Fast Ethernet поддерживают джамбо-фреймы.
In computer networking, jumbo frames are Ethernet frames with more than 1500 bytes of payload, the limit set by the IEEE 802.3 standard. The payload limit for jumbo frames is variable: while 9000 bytes is the most commonly used limit, smaller and larger limits exist. Many Gigabit Ethernet switches and Gigabit Ethernet network interface controllers and some Fast Ethernet switches and Fast Ethernet network interface cards can support jumbo frames.
Начало
Каждый Ethernet-кадр должен обрабатываться по мере прохождения по сети. Обработка содержимого одного большого кадра предпочтительнее обработки того же содержимого, разбитого на более мелкие кадры, поскольку это более эффективно использует доступное время процессора за счет уменьшения количества прерываний. Это также минимизирует объем служебных байтов и сокращает число кадров, требующих обработки. Это можно сравнить с физической отправкой пакета документов вместо нескольких отдельных конвертов, каждый с одним листом, что позволяет сэкономить конверты и сократить время на сортировку. Jumbo-кадры получили широкое распространение в 1998 году, когда компания Alteon WebSystems представила их в своих адаптерах Gigabit Ethernet ACEnic. Многие другие производители также приняли этот размер, однако jumbo-кадры не входят в официальный стандарт IEEE 802.3 Ethernet.
Each Ethernet frame must be processed as it passes through the network. Processing the contents of a single large frame is preferable to processing the same content broken up into smaller frames, as this makes better use of available CPU time by reducing interrupts. This also minimizes the overhead byte count and reduces the number of frames needing to be processed. This is analogous to physically mailing a packet of papers instead of several single envelopes with one sheet each, saving envelopes and cutting sorting time. Jumbo frames gained initial prominence in 1998, when Alteon WebSystems introduced them in their ACEnic Gigabit Ethernet adapters. Many other vendors also adopted the size; however, jumbo frames are not part of the official IEEE 802.3 Ethernet standard.
Усыновление
Джамбо-фреймы способны снизить накладные расходы и нагрузку на процессор, а также положительно повлиять на производительность TCP от начала до конца. Наличие джамбо-фреймов может негативно сказаться на задержках в сети, особенно на каналах с низкой пропускной способностью. Размер фрейма, используемый для сквозного соединения, обычно ограничивается наименьшим размером фрейма в промежуточных звеньях. 802.5 Token Ring поддерживает фреймы с MTU 4464 байта, FDDI может передавать 4352 байта, ATM – 9180 байт, а 802.11 – 7935 байт MTU. Стандарт IEEE 802.3 Ethernet изначально требовал поддержки фреймов MTU размером 1500 байт, общий размер фрейма – 1518 байт (1522 байта с необязательным тегом IEEE 802.1Q VLAN/QoS). Обновление IEEE 802.3as учло несколько распространенных заголовков, трейлеров и инкапсуляций, создав концепцию "оболочки", в которую можно было включить до 482 байт заголовков и трейлеров, а максимальный поддерживаемый фрейм Ethernet IEEE 802.3 стал равен 2000 байт. Использование 9000 байт в качестве предпочтительного размера полезной нагрузки для джамбо-фреймов возникло в ходе обсуждений в Объединенной инженерной группе Internet2 и сетей федерального правительства США. Их рекомендация была принята всеми другими национальными исследовательскими и образовательными сетями. Производители, в свою очередь, приняли 9000 байт в качестве стандартного размера MTU, при общем размере джамбо-фрейма от 9014 до 9022 байт с учетом заголовков Ethernet. Большинство оборудования Ethernet может поддерживать джамбо-фреймы размером до 9216 байт. IEEE 802.1AB 2009 и IEEE 802.3bc 2009 добавили обнаружение LLDP в стандартный Ethernet для определения максимальной длины фрейма (TLV подтип 4). Это позволяет определять длину фрейма на порту с помощью двух октетов. По состоянию на IEEE 802.3 2015 года допустимыми значениями являются 1518 (только базовые фреймы), 1522 (фреймы с тегом 802.1Q) и 2000 (многократно помеченные фреймы "оболочки").
Jumbo frames have the potential to reduce overheads and CPU cycles and have a positive effect on end to end TCP performance. The presence of jumbo frames may have an adverse effect on network latency, especially on low bandwidth links. The frame size used by an end to end connection is typically limited by the lowest frame size in intermediate links. 802.5 Token Ring can support frames with a 4464 byte MTU, FDDI can transport 4352 byte, ATM 9180 byte and 802.11 can transport 7935 byte MTUs. The IEEE 802.3 Ethernet standard originally mandated support for 1500 byte MTU frames, 1518 byte total frame size (1522 byte with the optional IEEE 802.1Q VLAN/QoS tag). The IEEE 802.3as update grandfathered in multiple common headers, trailers, and encapsulations by creating the concept of an envelope where up to 482 bytes of header and trailer could be included, and the largest IEEE 802.3 supported Ethernet frame became 2000 bytes. The use of 9000 bytes as preferred payload size for jumbo frames arose from discussions within the Joint Engineering Team of Internet2 and the U. S. federal government networks. Their recommendation has been adopted by all other national research and education networks. Manufacturers have in turn adopted 9000 bytes as the conventional MTU size, with a total jumbo frame size of between 9014 and 9022 bytes with ethernet headers included. Most Ethernet equipment can support jumbo frames up to 9216 bytes. IEEE 802.1AB 2009 and IEEE 802.3bc 2009 added LLDP discovery to standard Ethernet for maximum frame length (TLV subtype 4). It allows frame length detection on a port by a two octet field. As of IEEE 802.3 2015, allowed values are 1518 (only basic frames), 1522 (802.1Q tagged frames), and 2000 (multi tagged, envelope frames).
Обнаружение ошибок
Ошибки в джамбо-кадрах с большей вероятностью останутся незамеченными простым контролем ошибок CRC32 в Ethernet и простыми аддитивными контрольными суммами UDP и TCP: по мере увеличения размера пакета возрастает вероятность того, что несколько ошибок взаимно уничтожатся. Один из подходов IETF к внедрению джамбо-кадров позволяет избежать снижения целостности данных в блоке служебных данных, выполняя дополнительный CRC на следующем сетевом уровне протокола выше Ethernet. Транспортный протокол управления потоком (SCTP) (RFC 4960) и iSCSI (RFC 7143) используют полином CRC Кастаньоли. Полином Кастаньоли 0x1EDC6F41 обеспечивает расстояние Хэмминга HD=6, превышающее один MTU Ethernet (до длины слова данных 16 360 бит), и HD=4 до 114 663 бит, что более чем в 9 раз превышает длину MTU Ethernet. Это дает два дополнительных бита возможности обнаружения ошибок для данных размером MTU по сравнению со стандартным полиномом CRC Ethernet, не снижая возможности HD=4 для размеров данных до и более 72 кбит. Поддержка полинома CRC Кастаньоли в универсальном транспорте, предназначенном для обработки блоков данных, и в транспорте TCP, предназначенном для передачи данных SCSI, обеспечивает улучшенные показатели обнаружения ошибок, несмотря на использование джамбо-кадров, в то время как увеличение MTU Ethernet в противном случае привело бы к значительному снижению эффективности обнаружения ошибок.
Errors in jumbo frames are more likely to go undetected by the simple CRC32 error detection of Ethernet and the simple additive checksums of UDP and TCP: as packet size increases, it becomes more likely that multiple errors cancel each other out. One IETF approach for adopting jumbo frames avoids data integrity reduction of the service data unit by performing an extra CRC at the next network protocol layer above Ethernet. Stream Control Transmission Protocol (SCTP) transport (RFC 4960) and iSCSI (RFC 7143) use the Castagnoli CRC polynomial. The Castagnoli polynomial 0x1EDC6F41 achieves the Hamming distance HD=6 beyond one Ethernet MTU (to a 16,360 bit data word length) and HD=4 to 114,663 bits, which is more than 9 times the length of an Ethernet MTU. This gives two additional bits of error detection ability at MTU sized data words compared to the Ethernet CRC standard polynomial while not sacrificing HD=4 capability for data word sizes up to and beyond 72 kbits. Support of Castagnoli CRC polynomial within a general purpose transport designed to handle data chunks, and within a TCP transport designed to carry SCSI data, both provide improved error detection rates despite the use of jumbo frames where an increase of the Ethernet MTU would otherwise have resulted in a significant reduction in error detection.
Конфигурация
В сетевом оборудовании максимальный размер джамбо-кадра может быть задан либо максимальным размером кадра (максимальный размер пакета 2-го уровня, включая заголовки кадра), либо максимальным размером передаваемой единицы (максимальный размер пакета 3-го уровня, без учета заголовков кадра), в зависимости от интерфейса конфигурации оборудования. Сеть, содержащая как устройства, настроенные для работы с джамбо-кадрами, так и устройства, не настроенные для этого, может испытывать проблемы с производительностью.
In networking equipment, maximum jumbo frame size may be specified using either maximum frame size (maximum layer 2 packet size, includes frame headers) or maximum transmission unit (maximum layer 3 packet size, excludes frame headers), depending on the equipment's configuration interface. A network that has a mixture of devices configured for jumbo frames and devices not configured for jumbo frames may have performance issues.
Эффективность пропускной способности
Jumbo-фреймы могут повысить эффективность работы Ethernet и сетевой обработки в хостах за счет снижения накладных расходов протокола, как показано в следующем примере с TCP поверх IPv4. Нагрузка на хосты может потенциально уменьшиться пропорционально размерам полезной нагрузки (приблизительно в шесть раз в этом примере). Значимость этого зависит от способа обработки пакетов в хосте. Хост, использующий TCP-мотор выгрузки контроллера сетевого интерфейса с уже сниженными накладными расходами, получит меньше преимуществ, чем хост, обрабатывающий кадры с помощью своего процессора. Пропускная способность, отнесенная к эффективности использования полосы пропускания, может увеличиться на 4,4%. + Эффективность полосы пропускания на уровне кадров для TCP поверх IPv4
Jumbo frames can increase the efficiency of Ethernet and network processing in hosts by reducing the protocol overhead, as shown in the following example with TCP over IPv4. The processing overhead of the hosts can potentially decrease by the ratio of the payload sizes (approximately six times improvement in this example). Whether this is significant depends on how packets are processed in the host. A host that uses its network interface controller's TCP offload engine with already reduced overhead receives less benefit than a host that processes frames with its CPU. The throughput by bandwidth efficiency can increase by 4.4%. + Frame level bandwidth efficiency for TCP over IPv4 Frame type MTU Layer 1 overhead Layer 2 overhead Layer 3 overhead Layer 4 overhead Payload size Total transmittedTotal transmitted size is the sum of the payload size and all overhead sizes. EfficiencyEfficiency is calculated by dividing the payload size by the total transmitted size. Standard 1500 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1538 byte 94.93% Jumbo 9000 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 8960 byte 9038 byte 99.14% Other frame sizes for reference IEEE 802.11 on A MSDU 7935 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 7895 byte 8015 byte + IPG size < 98.5% IEEE 802.11 bridged to standard Ethernet 1500 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1580 byte + IPG size < 92.4%
The relative scalability of network data throughput as a function of packet transfer rates is related in a complex manner to payload size per packet. Theoretically, as line bit rate increases, the packet payload size should increase in direct proportion to maintain equivalent timing parameters. This however implies the scaling of numerous intermediating logic circuits along the network path to accommodate the maximum frame size required.
Тип кадра MTU Накладные расходы уровня 1 Накладные расходы уровня 2 Накладные расходы уровня 3 Накладные расходы уровня 4 Размер полезной нагрузки Общий размер передачи Общий размер передачи – это сумма размера полезной нагрузки и всех накладных расходов. Эффективность Эффективность вычисляется путем деления размера полезной нагрузки на общий размер передачи.
Jumbo frames can increase the efficiency of Ethernet and network processing in hosts by reducing the protocol overhead, as shown in the following example with TCP over IPv4. The processing overhead of the hosts can potentially decrease by the ratio of the payload sizes (approximately six times improvement in this example). Whether this is significant depends on how packets are processed in the host. A host that uses its network interface controller's TCP offload engine with already reduced overhead receives less benefit than a host that processes frames with its CPU. The throughput by bandwidth efficiency can increase by 4.4%. + Frame level bandwidth efficiency for TCP over IPv4 Frame type MTU Layer 1 overhead Layer 2 overhead Layer 3 overhead Layer 4 overhead Payload size Total transmittedTotal transmitted size is the sum of the payload size and all overhead sizes. EfficiencyEfficiency is calculated by dividing the payload size by the total transmitted size. Standard 1500 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1538 byte 94.93% Jumbo 9000 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 8960 byte 9038 byte 99.14% Other frame sizes for reference IEEE 802.11 on A MSDU 7935 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 7895 byte 8015 byte + IPG size < 98.5% IEEE 802.11 bridged to standard Ethernet 1500 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1580 byte + IPG size < 92.4%
The relative scalability of network data throughput as a function of packet transfer rates is related in a complex manner to payload size per packet. Theoretically, as line bit rate increases, the packet payload size should increase in direct proportion to maintain equivalent timing parameters. This however implies the scaling of numerous intermediating logic circuits along the network path to accommodate the maximum frame size required.
Jumbo frames can increase the efficiency of Ethernet and network processing in hosts by reducing the protocol overhead, as shown in the following example with TCP over IPv4. The processing overhead of the hosts can potentially decrease by the ratio of the payload sizes (approximately six times improvement in this example). Whether this is significant depends on how packets are processed in the host. A host that uses its network interface controller's TCP offload engine with already reduced overhead receives less benefit than a host that processes frames with its CPU. The throughput by bandwidth efficiency can increase by 4.4%. + Frame level bandwidth efficiency for TCP over IPv4 Frame type MTU Layer 1 overhead Layer 2 overhead Layer 3 overhead Layer 4 overhead Payload size Total transmittedTotal transmitted size is the sum of the payload size and all overhead sizes. EfficiencyEfficiency is calculated by dividing the payload size by the total transmitted size. Standard 1500 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1538 byte 94.93% Jumbo 9000 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 8960 byte 9038 byte 99.14% Other frame sizes for reference IEEE 802.11 on A MSDU 7935 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 7895 byte 8015 byte + IPG size < 98.5% IEEE 802.11 bridged to standard Ethernet 1500 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1580 byte + IPG size < 92.4%
The relative scalability of network data throughput as a function of packet transfer rates is related in a complex manner to payload size per packet. Theoretically, as line bit rate increases, the packet payload size should increase in direct proportion to maintain equivalent timing parameters. This however implies the scaling of numerous intermediating logic circuits along the network path to accommodate the maximum frame size required.
Jumbo frames can increase the efficiency of Ethernet and network processing in hosts by reducing the protocol overhead, as shown in the following example with TCP over IPv4. The processing overhead of the hosts can potentially decrease by the ratio of the payload sizes (approximately six times improvement in this example). Whether this is significant depends on how packets are processed in the host. A host that uses its network interface controller's TCP offload engine with already reduced overhead receives less benefit than a host that processes frames with its CPU. The throughput by bandwidth efficiency can increase by 4.4%. + Frame level bandwidth efficiency for TCP over IPv4 Frame type MTU Layer 1 overhead Layer 2 overhead Layer 3 overhead Layer 4 overhead Payload size Total transmittedTotal transmitted size is the sum of the payload size and all overhead sizes. EfficiencyEfficiency is calculated by dividing the payload size by the total transmitted size. Standard 1500 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1538 byte 94.93% Jumbo 9000 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 8960 byte 9038 byte 99.14% Other frame sizes for reference IEEE 802.11 on A MSDU 7935 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 7895 byte 8015 byte + IPG size < 98.5% IEEE 802.11 bridged to standard Ethernet 1500 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1580 byte + IPG size < 92.4%
The relative scalability of network data throughput as a function of packet transfer rates is related in a complex manner to payload size per packet. Theoretically, as line bit rate increases, the packet payload size should increase in direct proportion to maintain equivalent timing parameters. This however implies the scaling of numerous intermediating logic circuits along the network path to accommodate the maximum frame size required.
Другие размеры кадров для справки
Jumbo frames can increase the efficiency of Ethernet and network processing in hosts by reducing the protocol overhead, as shown in the following example with TCP over IPv4. The processing overhead of the hosts can potentially decrease by the ratio of the payload sizes (approximately six times improvement in this example). Whether this is significant depends on how packets are processed in the host. A host that uses its network interface controller's TCP offload engine with already reduced overhead receives less benefit than a host that processes frames with its CPU. The throughput by bandwidth efficiency can increase by 4.4%. + Frame level bandwidth efficiency for TCP over IPv4 Frame type MTU Layer 1 overhead Layer 2 overhead Layer 3 overhead Layer 4 overhead Payload size Total transmittedTotal transmitted size is the sum of the payload size and all overhead sizes. EfficiencyEfficiency is calculated by dividing the payload size by the total transmitted size. Standard 1500 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1538 byte 94.93% Jumbo 9000 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 8960 byte 9038 byte 99.14% Other frame sizes for reference IEEE 802.11 on A MSDU 7935 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 7895 byte 8015 byte + IPG size < 98.5% IEEE 802.11 bridged to standard Ethernet 1500 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1580 byte + IPG size < 92.4%
The relative scalability of network data throughput as a function of packet transfer rates is related in a complex manner to payload size per packet. Theoretically, as line bit rate increases, the packet payload size should increase in direct proportion to maintain equivalent timing parameters. This however implies the scaling of numerous intermediating logic circuits along the network path to accommodate the maximum frame size required.
IEEE 802.11 на A MSDU 7935 PLCP преамбула и заголовок 24 байта IPG – изменяется Заголовок кадра и накладные расходы безопасности 52 байта FCS 4 байта Заголовок IPv4 20 байт Заголовок TCP 20 байт 7895 байт 8015 байт + Размер IPG < 98,5%
Jumbo frames can increase the efficiency of Ethernet and network processing in hosts by reducing the protocol overhead, as shown in the following example with TCP over IPv4. The processing overhead of the hosts can potentially decrease by the ratio of the payload sizes (approximately six times improvement in this example). Whether this is significant depends on how packets are processed in the host. A host that uses its network interface controller's TCP offload engine with already reduced overhead receives less benefit than a host that processes frames with its CPU. The throughput by bandwidth efficiency can increase by 4.4%. + Frame level bandwidth efficiency for TCP over IPv4 Frame type MTU Layer 1 overhead Layer 2 overhead Layer 3 overhead Layer 4 overhead Payload size Total transmittedTotal transmitted size is the sum of the payload size and all overhead sizes. EfficiencyEfficiency is calculated by dividing the payload size by the total transmitted size. Standard 1500 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1538 byte 94.93% Jumbo 9000 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 8960 byte 9038 byte 99.14% Other frame sizes for reference IEEE 802.11 on A MSDU 7935 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 7895 byte 8015 byte + IPG size < 98.5% IEEE 802.11 bridged to standard Ethernet 1500 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1580 byte + IPG size < 92.4%
The relative scalability of network data throughput as a function of packet transfer rates is related in a complex manner to payload size per packet. Theoretically, as line bit rate increases, the packet payload size should increase in direct proportion to maintain equivalent timing parameters. This however implies the scaling of numerous intermediating logic circuits along the network path to accommodate the maximum frame size required.
IEEE 802.11, подключенный к стандартному Ethernet 1500 PLCP преамбула и заголовок 24 байта IPG – изменяется Заголовок кадра и накладные расходы безопасности 52 байта FCS 4 байта Заголовок IPv4 20 байт Заголовок TCP 20 байт 1460 байт 1580 байт + Размер IPG < 92,4%
Jumbo frames can increase the efficiency of Ethernet and network processing in hosts by reducing the protocol overhead, as shown in the following example with TCP over IPv4. The processing overhead of the hosts can potentially decrease by the ratio of the payload sizes (approximately six times improvement in this example). Whether this is significant depends on how packets are processed in the host. A host that uses its network interface controller's TCP offload engine with already reduced overhead receives less benefit than a host that processes frames with its CPU. The throughput by bandwidth efficiency can increase by 4.4%. + Frame level bandwidth efficiency for TCP over IPv4 Frame type MTU Layer 1 overhead Layer 2 overhead Layer 3 overhead Layer 4 overhead Payload size Total transmittedTotal transmitted size is the sum of the payload size and all overhead sizes. EfficiencyEfficiency is calculated by dividing the payload size by the total transmitted size. Standard 1500 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1538 byte 94.93% Jumbo 9000 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 8960 byte 9038 byte 99.14% Other frame sizes for reference IEEE 802.11 on A MSDU 7935 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 7895 byte 8015 byte + IPG size < 98.5% IEEE 802.11 bridged to standard Ethernet 1500 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1580 byte + IPG size < 92.4%
The relative scalability of network data throughput as a function of packet transfer rates is related in a complex manner to payload size per packet. Theoretically, as line bit rate increases, the packet payload size should increase in direct proportion to maintain equivalent timing parameters. This however implies the scaling of numerous intermediating logic circuits along the network path to accommodate the maximum frame size required.
Относительная масштабируемость пропускной способности сети как функции скорости передачи пакетов связана сложным образом с размером полезной нагрузки на пакет. Теоретически, по мере увеличения скорости передачи 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 поддержки требуемого максимального размера кадра.
Jumbo frames can increase the efficiency of Ethernet and network processing in hosts by reducing the protocol overhead, as shown in the following example with TCP over IPv4. The processing overhead of the hosts can potentially decrease by the ratio of the payload sizes (approximately six times improvement in this example). Whether this is significant depends on how packets are processed in the host. A host that uses its network interface controller's TCP offload engine with already reduced overhead receives less benefit than a host that processes frames with its CPU. The throughput by bandwidth efficiency can increase by 4.4%. + Frame level bandwidth efficiency for TCP over IPv4 Frame type MTU Layer 1 overhead Layer 2 overhead Layer 3 overhead Layer 4 overhead Payload size Total transmittedTotal transmitted size is the sum of the payload size and all overhead sizes. EfficiencyEfficiency is calculated by dividing the payload size by the total transmitted size. Standard 1500 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1538 byte 94.93% Jumbo 9000 preamble8 byte IPG12 byte frame header14 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 8960 byte 9038 byte 99.14% Other frame sizes for reference IEEE 802.11 on A MSDU 7935 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 7895 byte 8015 byte + IPG size < 98.5% IEEE 802.11 bridged to standard Ethernet 1500 PLCP preamble & header24 byte IPGvaries frame header & security ovhd52 byte FCS4 byte IPv4 header20 byte TCP header20 byte 1460 byte 1580 byte + IPG size < 92.4%
The relative scalability of network data throughput as a function of packet transfer rates is related in a complex manner to payload size per packet. Theoretically, as line bit rate increases, the packet payload size should increase in direct proportion to maintain equivalent timing parameters. This however implies the scaling of numerous intermediating logic circuits along the network path to accommodate the maximum frame size required.
Детские гигантские рамки
Кадры baby giant или baby jumbo – это Ethernet-кадры, которые лишь незначительно превышают максимально допустимый размер, установленный стандартами IEEE Ethernet. Увеличенный объем служебной информации из-за дополнительных MPLS и Ethernet-заголовков означает, что в сетях Carrier Ethernet требуется поддержка кадров размером до 1600 байт. Jumbo-фреймы для PPPoE определены в RFC 4638 с целью снятия старого ограничения в 1492 байта (первоначально введенного из-за необходимости PPP в 8 дополнительных байтах служебной информации), чтобы обычный Ethernet-кадр размером 1500 байт мог передаваться без фрагментации. Тег "PPP Max Payload" по-прежнему может поддерживать значительно большие кадры, не относящиеся к baby jumbo.
Baby giant or baby jumbo frames are Ethernet frames that are only slightly larger than allowed by the IEEE Ethernet standards. The increased overhead of extra MPLS and Ethernet headers means that the support for frames up to 1600 bytes is required in Carrier Ethernet networks. Jumbo frames for PPPoE is defined in RFC 4638, with the purpose of removing the old 1492 byte limit (originally defined because PPP needs 8 more bytes of overhead), so that normal 1500 byte Ethernet can run without fragmentation. The "PPP Max Payload" tag can still accommodate much larger, non baby jumbo frames.
Супер-джамбо-рамки
Супер-джамбо-фреймы (SJF) – это фреймы, размер полезной нагрузки которых превышает 9000 байт. Поскольку увеличение MTU пути высокопроизводительных национальных исследовательских и образовательных сетей с 1500 байт до примерно 9000 байт оказалось относительно сложным и продолжительным процессом, рассматривается возможность дальнейшего увеличения, возможно, до 64 000 байт. Основным фактором является увеличение доступного размера буфера памяти в каждом промежуточном механизме на пути следования. Другим важным фактором, который необходимо учитывать, является дальнейшее снижение эффективности CRC32 в обнаружении ошибок при использовании еще больших размеров фреймов. Поля "Total Length" в IPv4 и "Payload Length" в IPv6 имеют размер 16 бит, что позволяет передавать данные объемом до 4 Гбайт (2^32 байт). Однако эти теоретические пределы для MTU протокола IP достигаются только в сетях, располагающих соответствующей инфраструктурой канального уровня.
Super jumbo frames (SJFs) are frames that have a payload size over 9000 bytes. As it has been a relatively difficult, and somewhat lengthy, process to increase the path MTU of high performance national research and education networks from 1500 bytes to 9000 bytes or so, a subsequent increase, possibly to 64,000 bytes, is under consideration. The main factor involved is an increase in the available memory buffer size in every intervening persistence mechanism along the path. Another important factor to consider is the further reduction of CRC32's effectiveness in detecting errors within even larger frame sizes. The Total Length field of IPv4 and the Payload Length field of IPv6 each have a size of 16 bits, thus allowing data of up to IPv6's jumbo payload option allows for up to 4 GiB (2 1 bytes) payload. These theoretical limits for the Internet Protocol (IP) MTU, however, are reached only on networks that have a suitable link layer infrastructure.
Альтернативный подход
Большая отправка и большая приемка разгружают обработку каждого кадра, делая нагрузку на процессор в значительной степени независимой от размера кадра. Это еще один способ устранить накладные расходы на каждый пакет, для уменьшения которых и были разработаны кадры большого размера (jumbo frames). Кадры большого размера (jumbo frames) по-прежнему полезны с точки зрения пропускной способности, поскольку они уменьшают объем пропускной способности, используемой для служебной информации.
Large send offload and large receive offload offload per frame processing making CPU load largely independent of frame size. It is another way to eliminate the per packet overhead that jumbo frames were designed to reduce. Jumbo frames are still useful from a bandwidth perspective, as they reduce the amount of bandwidth used for non data overhead.