Quadro Jumbo - Jumbo frame

Na rede de computadores , os jumbo frames são frames Ethernet com mais de 1500 bytes de carga útil, o limite definido pelo padrão IEEE 802.3 . Normalmente, os quadros jumbo podem transportar até 9000 bytes de carga útil, mas existem variações menores e maiores e alguns cuidados devem ser tomados ao usar o termo. Muitos Gigabit Ethernet switches e Gigabit Ethernet controladores de interface de rede e algumas Fast Ethernet switches e placas de interface de rede Fast Ethernet pode suportar Jumbo Frames.

Começo

Cada quadro Ethernet deve ser processado à medida que passa pela rede. O processamento do conteúdo de um único quadro grande é preferível ao processamento do mesmo conteúdo dividido em quadros menores, pois isso faz melhor uso do tempo de CPU disponível, reduzindo as interrupções. Isso também minimiza a contagem de bytes de sobrecarga e reduz o número de quadros que precisam ser processados. Isso é análogo a enviar fisicamente um pacote de papéis em vez de vários envelopes únicos com uma folha cada, economizando envelopes e reduzindo o tempo de classificação.

Os quadros Jumbo ganharam destaque inicial em 1998, quando a Alteon WebSystems os apresentou em seus adaptadores Gigabit Ethernet ACEnic . Muitos outros fornecedores também adotaram o tamanho; entretanto, os jumbo frames não fazem parte do padrão Ethernet IEEE 802.3 oficial .

Adoção

Os quadros Jumbo têm o potencial de reduzir sobrecargas e ciclos de CPU e têm um efeito positivo no desempenho do TCP de ponta a ponta. A presença de quadros jumbo pode ter um efeito adverso na latência da rede, especialmente em links de baixa largura de banda. O tamanho do quadro usado por uma conexão ponta a ponta é normalmente limitado pelo menor tamanho do quadro nos links intermediários. 802.5 Token Ring pode suportar quadros com um MTU de 4464 bytes , FDDI pode transportar 4352 bytes, ATM 9180 bytes e 802.11 pode transportar MTUs de 7935 bytes. O padrão Ethernet IEEE 802.3 originalmente exigia suporte para quadros MTU de 1500 bytes, tamanho total de quadro de 1518 bytes (1522 bytes com a tag opcional IEEE 802.1Q VLAN / QoS ). A atualização do IEEE 802.3as foi adquirida em vários cabeçalhos, trailers e encapsulamentos comuns, criando o conceito de um envelope em que até 482 bytes de cabeçalho e trailer podiam ser incluídos, e o maior quadro Ethernet suportado pelo IEEE 802.3 tornou-se 2.000 bytes.

O uso de 9000 bytes como tamanho de carga útil preferencial para quadros jumbo surgiu de discussões dentro da Equipe de Engenharia Conjunta da Internet2 e das redes do governo federal dos EUA. Sua recomendação foi adotada por todas as outras redes nacionais de pesquisa e educação. Para atender a esse critério de compra obrigatório, os fabricantes, por sua vez, adotaram 9000 bytes como o tamanho MTU convencional, com um tamanho de quadro jumbo de pelo menos 9018/9022 bytes (sem / com campo IEEE 802.1Q). A maioria dos equipamentos Ethernet pode suportar quadros jumbo de até 9216 bytes.

IEEE 802.1AB -2009 e IEEE 802.3bc -2009 adicionaram descoberta LLDP à Ethernet padrão para comprimento máximo de quadro ( TLV subtipo 4). Ele permite a detecção de comprimento de quadro em uma porta por um campo de dois octetos. A partir do IEEE 802.3-2015, os valores permitidos são 1518 (somente quadros básicos), 1522 (quadros marcados com 802.1Q) e 2000 (marcados múltiplos, quadros de envelope).

Detecção de erro

As somas de verificação aditivas simples, conforme contidas nos transportes UDP e TCP , mostraram-se ineficazes na detecção de erros de bits específicos do barramento porque, com somas simples, esses erros tendem a se cancelar automaticamente. Antes da adoção da RFC 3309, os testes com injeção de erro simulada em dados reais mostraram que até 2% desses erros não estavam sendo detectados.

Quadros maiores têm maior probabilidade de sofrer erros não detectados com a detecção de erro CRC32 simples usada em quadros Ethernet - conforme o tamanho do pacote aumenta, torna-se mais provável que vários erros se cancelem mutuamente.

Uma abordagem IETF para adotar quadros jumbo evita a redução da integridade dos dados da unidade de dados de serviço , executando um CRC extra na próxima camada de protocolo de rede acima da Ethernet. O transporte do protocolo de transmissão de controle de fluxo (SCTP) (RFC 4960) e o iSCSI (RFC 7143) usam o polinômio Castagnoli CRC . O polinômio Castagnoli 0x1EDC6F41 atinge a distância de Hamming HD = 6 além de uma MTU Ethernet (para um comprimento de palavra de dados de 16.360 bits) e HD = 4 a 114.663 bits, que é mais de 9 vezes o comprimento de uma MTU Ethernet. Isso fornece dois bits adicionais de capacidade de detecção de erros em palavras de dados do tamanho de MTU em comparação com o polinômio padrão Ethernet CRC, sem sacrificar a capacidade HD = 4 para tamanhos de palavras de dados de até e além de 72 kbits. O suporte do polinômio Castagnoli CRC dentro de um transporte de uso geral projetado para lidar com blocos de dados e dentro de um transporte TCP projetado para transportar dados SCSI, ambos fornecem taxas de detecção de erro aprimoradas, apesar do uso de quadros jumbo, onde um aumento do Ethernet MTU teria de outra forma resultou em uma redução significativa na detecção de erros.

Configuração

Alguns fornecedores incluem os cabeçalhos nas configurações de tamanho, enquanto outros não, que é o tamanho máximo do quadro (incluindo cabeçalhos de quadro, tamanho máximo do pacote da camada 2) ou a unidade máxima de transmissão (tamanho máximo do pacote da camada 3 excluindo cabeçalhos do quadro). Portanto, você pode descobrir que diferentes valores devem ser configurados em equipamentos de diferentes fornecedores para que as configurações correspondam.

Uma mistura de dispositivos configurados para quadros jumbo e dispositivos não configurados para quadros jumbo em uma rede pode causar problemas de desempenho de rede.

Eficiência de largura de banda

Os quadros jumbo podem aumentar a eficiência do processamento da Ethernet e da rede em hosts, reduzindo a sobrecarga do protocolo , conforme mostrado no exemplo a seguir com TCP sobre IPv4 . A sobrecarga de processamento dos hosts pode diminuir potencialmente pela proporção dos tamanhos de carga útil (aproximadamente seis vezes a melhoria neste exemplo). Se isso é significativo depende de como os pacotes são processados ​​no host. Os hosts que usam um mecanismo de descarregamento de TCP receberão menos benefícios do que os hosts que processam quadros com sua CPU.

Eficiência de largura de banda em nível de quadro
Tipo de moldura MTU Camada 1 acima Camada 2 acima Camada 3 acima Camada 4 acima Tamanho da carga útil Total transmitido Eficiência
Padrão 1500 preâmbulo
8 byte		 IPG
12 byte		 cabeçalho do quadro de
14 bytes		 FCS
4 byte		 Cabeçalho IPv4 de
20 bytes		 Cabeçalho TCP de
20 bytes		 1460 bytes 1538 byte 94,93%
Jumbo 9000 preâmbulo
8 byte		 IPG
12 byte		 cabeçalho do quadro de
14 bytes		 FCS
4 byte		 Cabeçalho IPv4 de
20 bytes		 Cabeçalho TCP de
20 bytes		 8960 byte 9038 byte 99,14%
Outros tamanhos de quadro para referência
IEEE 802.11 7935 Preâmbulo PLCP e cabeçalho de
24 bytes		 IPG
varia 		cabeçalho do quadro e segurança ovhd
52 bytes		 FCS
4 byte		 Cabeçalho IPv4 de
20 bytes		 Cabeçalho TCP de
20 bytes		 7895 byte 8015 byte + tamanho IPG <98,5%
IEEE 802.11 com ponte para Ethernet 1500 Preâmbulo PLCP e cabeçalho de
24 bytes		 IPG
varia 		cabeçalho do quadro e segurança ovhd
52 bytes		 FCS
4 byte		 Cabeçalho IPv4 de
20 bytes		 Cabeçalho TCP de
20 bytes		 1460 bytes 1580 bytes + tamanho IPG <92,4%

A escalabilidade relativa da taxa de transferência de dados da rede em função das taxas de transferência de pacotes está relacionada de maneira complexa ao tamanho da carga útil por pacote. Geralmente, à medida que a taxa de bits de linha aumenta, o tamanho da carga útil do pacote deve aumentar em proporção direta para manter os parâmetros de tempo equivalentes. Isso, entretanto, implica na escalação de vários circuitos lógicos intermediários ao longo do caminho da rede para acomodar o tamanho máximo de quadro necessário.

Quadros de bebê gigante

Os quadros baby gigante ou baby jumbo são quadros Ethernet apenas um pouco maiores do que o permitido pelos padrões IEEE Ethernet. Os baby frames gigantes são, por exemplo, necessários para IP / MPLS sobre Ethernet para fornecer serviços Ethernet com cargas úteis padrão de 1500 bytes. A maioria das implementações exigirá que quadros de usuário não jumbo sejam encapsulados em formato de quadro MPLS que, por sua vez, pode ser encapsulado em um formato de quadro Ethernet adequado com valores EtherType de 0x8847 e 0x8848. O aumento da sobrecarga de cabeçalhos MPLS e Ethernet extras significa que o suporte para frames de até 1600 bytes é necessário em redes Carrier Ethernet .

Quadros super jumbo

Quadros superjumbo (SJFs) são quadros que possuem um tamanho de carga útil superior a 9000 bytes. Como tem sido um processo relativamente difícil e um tanto demorado para aumentar o MTU do caminho das redes nacionais de pesquisa e educação de alto desempenho de 1.500 bytes para 9.000 bytes ou mais, um aumento subsequente, possivelmente para 64.000 bytes, está sendo considerado. O principal fator envolvido com um aumento no tamanho máximo do segmento (MSS) é um aumento no tamanho do buffer de memória disponível em cada mecanismo de persistência interveniente ao longo do caminho.

Abordagem alternativa

Grande envio de descarregamento e grande recebimento de descarregamento de descarregamento de processamento por quadro, tornando a carga da CPU amplamente independente do tamanho do quadro. É outra maneira de eliminar a sobrecarga por pacote que os quadros jumbo foram projetados para reduzir. Os quadros Jumbo ainda são úteis do ponto de vista da largura de banda, pois reduzem a quantidade de largura de banda usada para sobrecarga não relacionada a dados.

Veja também

Notas

Referências

links externos