Что такое jumbo фрейм

19.04.202226.04.2022 admin 0 Comments

Что такое Jumbo Frames и нужно ли их включать в небольшой сети : Сеть

Постоянно спотыкаюсь и что-то забываю, поэтому, разобравшись в очередной раз, решил вкратце записать основное, как я понял. Поправьте, если что не так.

В чем плюсы JF : из-за того, что за один фрейм можно пробросить больше информации, возрастает скорость передачи данных по сети (но достаточно незначительно 3%-5%). Зато ощутимо падает нагрузка на CPU всех устройств, которые участвуют в приеме-передаче. Это, в свою очередь, увеличивает скорость отклика и дает возможность увеличить нагрузку на сеть.

В чем минусы JF : все устройства, участвующие в передаче, должны поддерживать фреймы размером, не меньшим, чем отправляющий сервер. Т.е. если сервер А отправляет файл серверу Б, то оба сервера и все промежуточные свичи должны Jumbo Frames поддерживать и размером не меньшим, чем отправляет сервер А. Стандартов на размеры JF никаких нет, как и нет стандартов на их обработку. Разные устройства реагируют на JF по разному, что порождает массу глюков (вплоть до обрывов связи), в связи с чем JF по умолчанию отключены, а это еще и добавляет проблем с тем, чтобы все устройства цепочки поддерживали JF. А, если в цепочке встретится неподдерживающее JF устройство, то картина производительности ухудшится, если сравнить с картиной, где ни одно устройство не пытается использовать JF. Траффик под JF тоже должен быть соответствующий, толстый, например, NFS. В интернет выкидывать больший фреймы нельзя, гарантированно найдется устройство без его поддержки. Признаком отсутствия поддержки JF является, например, рост rx_header_split на интерфейсе.

Выводы : Преимущества Jumbo Frames проявляются исключительно на гигабите и выше, они есть и значительные. Зато количество глюков, которые вы можете собрать и не сможете диагностировать просто потрясает.

Источник

Что такое Jumbo Frames и как их использовать?

Jumbo Frames может предоставить некоторые серьезные преимущества для вашей локальной сети. Они могут ускорить вашу общую скорость сети, обеспечить лучшее взаимодействие между некоторыми приложениями и снизить нагрузку на вашу сеть. У них также есть некоторые серьезные ограничения и недостатки, потому что они нарушают стандарт Ethernet. Если вы планируете внедрять Jumbo Frames, важно сначала выполнить домашнее задание.

Фреймы Ethernet

Прежде чем вы сможете понять Jumbo Frames, вы должны иметь представление о том, что такое Ethernet Frames. Таким образом, кадры Ethernet буквально выделяют данные, передаваемые в пакетах Ethernet. Все Ethernet-фреймы имеют одинаковые основные части. Эта структура имеет решающее значение для сотрудничества между устройствами. Оно должно быть распознаваемым для любого устройства Ethernet для передачи и понимания данных. Каждый кадр Ethernet начинается с преамбулы. Сетевые устройства используют преамбулу для дифференцирования кадра, чтобы синхронизировать передачу кадра.

В конце преамбулы находится разделитель начального кадра (SFD). SFD предназначен для отделения преамбулы от фактического содержимого кадра Ethernet. Сразу после SFD идет MAC-адрес назначения, за которым непосредственно следует MAC-адрес источника. Конечно, это важно для обеспечения того, чтобы пакет попал туда, куда ему нужно, и чтобы ответ мог быть отправлен. Следующая часть присутствует только в конфигурации VLAN. Он содержит информацию о VLAN.

После этого есть небольшой раздел кадра, который содержит информацию о протоколе передачи данных, частью которого являются пакет и кадр. Если это данные TCP / IP, они будут представлены здесь. Этот следующий кусок сами данные. Эти данные или полезная нагрузка содержат порцию информации, которая фактически передается. Полезная нагрузка — это и есть причина всего остального. Полезная нагрузка является самой большой частью кадра Ethernet. Его размер может изменяться, но максимальный размер сети определяет максимальный размер передаваемого блока (MTU). Стандарт Ethernet устанавливает MTU на 1500 байтов.

Наконец, концом кадра Ethernet является последовательность проверки кадра (FCS). Это циклическая проверка избыточности (CRC), которая позволяет получателю кадра проверять отсутствующие или поврежденные данные.

Что делает их Джамбо?

Итак, почему Jumbo Frames Jumbo? Они несут гораздо большую полезную нагрузку, чем обычные кадры Ethernet. Вместо обычных 1500 байт, Jumbo Frames может загружать до 9000 байт. Эти значительно большие кадры могут нести в шесть раз больше данных, чем стандартные кадры. Теоретически, вы можете уменьшить количество пакетов, передаваемых в вашей сети, до одной шестой стандартной скорости при идеальных условиях.

Зачем идти гигантский?

Вы уже увидели причины использования Jumbo Frames в своей сети. Теперь пришло время погрузиться глубже и разобраться в основных причинах выбора Jumbo Frames.

Они могут уменьшить использование полосы пропускания. Одна из основных целей Jumbo Frames — загружать больше данных в меньшее количество Ethernet-фреймов. Используя меньше кадров, вы уменьшаете общее количество транзакций в сети. Это сокращение может быть драматичным. В любом случае, меньшее количество транзакций может напрямую приравняться к меньшей используемой пропускной способности. Jumbo Frames также снижает нагрузку на ваше сетевое оборудование. Ваше оборудование должно занять время для обработки каждого полученного пакета. Размер полезной нагрузки не влияет на требуемое время обработки. Сетевые устройства имеют дело только с сетевыми данными в начале кадра Ethernet. Таким образом, меньшее количество больших полезных нагрузок создает меньшую нагрузку на сетевое оборудование, чем множество небольших полезных нагрузок.

Jumbo Frames также может увеличить общую скорость сети. Поскольку сетевое оборудование должно обрабатывать меньше кадров, а сеть использует полосу пропускания более эффективно, скорость передачи данных должна быть выше. Эффект должен быть таким же, как в сети с меньшим количеством пользователей и меньшим трафиком.

В чем подвох?

Jumbo Frames не идеальны. Есть несколько очень явных недостатков при их реализации в вашей сети.

Прежде всего, вам нужно оборудование, которое поддерживает Jumbo Frames. Теперь, это обычно не проблема в корпоративных средах, но это все еще вопрос. Все ваше сетевое оборудование должно поддерживать Jumbo Frames. Обычно это означает, что скорость должна быть не менее гигабитной. Вы также должны явно настроить его для работы с Jumbo Frames. Если какой-то фрагмент в цепочке не поддерживает Jumbo Frames, он фрагментирует кадры. Это увеличит нагрузку на процессор этого устройства, создаст узкое место и замедлит работу вашей сети. Короче говоря, если ваша сеть не поддерживает Jumbo Frames, вы получите противоположность желаемых результатов.

Вам нужны не только маршрутизаторы и коммутаторы. Сетевые интерфейсные карты (NIC) всех ваших клиентских компьютеров также должны поддерживать Jumbo Frames. Если они этого не сделают, они все равно будут работать, но соединение с этим клиентом будет замедляться, так как оно разбивает кадры на более мелкие стандартные.

Также важно помнить, что пакеты большего размера более подвержены повреждению. Это верно для любого случая, когда вы работаете с большими кусками данных. Сетевое оборудование стало лучше в предотвращении коррупции, но это все еще фактор.

Как использовать их

Как и в большинстве ситуаций с сетью, очень сложно предоставить конкретику. Здесь все сводится к совместимости. Если все ваше оборудование поддерживает Jumbo Frames, их настройка не должна быть проблемой. MTU является ключом к использованию Jumbo Frames. Процесс настройки вашей сети сводится к изменению настройки MTU на каждом устройстве до 9000 байт вместо 1500 байт по умолчанию. Сначала проверьте каждый маршрутизатор, коммутатор и любое другое сетевое устройство в вашей сети. Убедитесь, что он поддерживает Jumbo Frames. Если они все делают, измените настройку MTU на каждом.

Затем сделайте то же самое на своих подключенных устройствах. Вам нужно будет установить MTU через операционную систему каждого компьютера. Как правило, это проще в системах на основе Unix, но вы можете сделать это и в Windows. В Windows 10 вы можете включить Jumbo Frames через настройки вашей сетевой карты. В диспетчере устройств вы можете выбрать свой сетевой адаптер. Ищите настройки Jumbo Frames. Если его там нет, ваша карта не поддерживает его. Когда вы выбираете Jumbo Frames, установите размер 9k.

Под Linux есть несколько способов включить Jumbo Frames. Предполагая, что вы используете Linux на рабочем столе, вы можете увеличить размер MTU с помощью Network Manager. Выберите правильное соединение, и вы можете ввести пользовательское значение MTU. Если вы работаете с сервером, у вас есть некоторые другие параметры интерфейса командной строки, в том числе написание пользовательского модуля Systemd, настройка его с помощью ifconfig при запуске или установка значения в resolv.conf.

Если у вас есть телефоны или другие устройства, которые не поддерживают Jumbo Frames, кадры Ethernet, поступающие с этих устройств, останутся стандартными 1500 байтами. Устройство сломает любые Jumbo Frames, которые приходят к нему.

Если вы работаете в большой сети, вы, вероятно, увидите хорошую выгоду от Jumbo Frames. Домашние пользователи могут использовать их, но, возможно, не увидят такой большой пользы. Так как их настройка не слишком сложна, вы можете поэкспериментировать с ней, если вы чувствуете себя авантюрным.

Источник

Всё, что вы хотели знать о Ethernet фреймах, но боялись спросить, и не зря

Статья получилась довольно объёмная, рассмотренные темы — форматы Ethenet фреймов, границы размеров L3 Payload, эволюция размеров Ethernet заголовков, Jumbo Frame, Baby-Giant, и много чего задето вскользь. Что-то вы уже встречали в обзорной литературе по сетям передачи данных, но со многим, однозначно, не сталкивались, если глубоко не занимались изысканиями.

Начнём с рассмотрения форматов заголовков Ethernet фреймов в очереди их появления на свет.

Форматы Ehternet фреймов.

1) Ethernet II

Рис. 1

Preamble – последовательность бит, по сути, не являющаяся частью ETH заголовка определяющая начало Ethernet фрейма.

DA (Destination Address) – MAC адрес назначения, может быть юникастом, мультикастом, бродкастом.

SA (Source Address) – MAC адрес отправителя. Всегда юникаст.

E-TYPE (EtherType) – Идентифицирует L3 протокол (к примеру 0x0800 – Ipv4, 0x86DD – IPv6, 0x8100- указывает что фрейм тегирован заголовком 802.1q, и т.д. Список всех EtherType — standards.ieee.org/develop/regauth/ethertype/eth.txt )

Payload – L3 пакет размером от 46 до 1500 байт

FCS (Frame Check Sequences) – 4 байтное значение CRC используемое для выявления ошибок передачи. Вычисляется отправляющей стороной, и помещается в поле FCS. Принимающая сторона вычисляет данное значение самостоятельно и сравнивает с полученным.

Данный формат был создан в сотрудничестве 3-х компаний – DEC, Intel и Xerox. В связи с этим, стандарт также носит название DIX Ethernet standard. Данная версия стандарта была опубликована в 1982г (первая версия, Ehernet I – в 1980г. Различия в версиях небольшие, формат в целом остался неизменным). В 1997г. году данный стандарт был добавлен IEEE к стандарту 802.3, и на данный момент, подавляющее большинство пакетов в Ethernet сетях инкапсулированы согласно этого стандарта.

2) Ethernet_802.3/802.2 (802.3 with LLC header)

Рис. 2

Как вы понимаете, комитет IEEE не мог смотреть спокойно, как власть, деньги и женщины буквально ускользают из рук. Поэтому, занятый более насущными проблемами, за стандартизацию технологии Ethernet взялся с некоторым опозданием (в 1980 взялись за дело, в 1983 дали миру драфт, а в 1985 сам стандарт), но большим воодушевлением. Провозгласив инновации и оптимизацию своими главными принципами, комитет выдал следующий формат фрейма, который вы можете наблюдать на Рисунке 2.

Первым делом обращаем внимание на то, что “ненужное” поле E-TYPE преобразовано в поле Length, которое указывало на количество байт следующее за этим полем и до поля FCS. Теперь, понять у кого длинее можно было уже на втором уровне системы OSI. Жить стало лучше. Жить стало веселее.

Но, указатель на тип протокола 3его уровня был нужен, и IEEE дало миру следующую инновацию — два поля по 1 байту — Source Service Access Point(SSAP) и Destination Service Access Point (DSAP). Цель, таже самая, – идентифицировать вышестоящий протокол, но какова реализация! Теперь, благодаря наличию двух полей в рамках одной сессии пакет мог передаваться между разными протоколами, либо же один и тот же протокол мог по разному называться на двух концах одной сессии. А? Каково? Где ваше Сколково?

Замечание: В жизни же это мало пригодилось и SSAP/DSAP значения обычно совпадают. К примеру SAP для IP – 6, для STP — 42 (полный список значений — standards.ieee.org/develop/regauth/llc/public.html)

Не давая себе передышки, в IEEE зарезервировали по 1 биту в SSAP и DSAP. В SSAP под указание command или response пакета, в DSAP под указание группового или индивидуального адреса (см. Рис. 6). В Ethernet сетях эти вещи распространения не получили, но количество бит в полях SAP сократилось до 7, что оставило лишь 128 возможных номера под указание вышестоящего протокола. Запоминаем этот факт, к нему мы ещё вернёмся.

Было уже сложно остановиться в своём стремлении сделать лучший формат фрейма на земле, и в IEEE фрейм формате появляется 1 байтное поле Control. Отвечающее, не много, не мало, за Connection-less или же Connection-oriented соединение!

Выдохнув и осмотрев своё детище, в IEEE решили взять паузу.

Замечание: Рассматриваемые 3 поля — DSAP, SNAP и Control и являются LLC заголовком.

3) «Raw» 802.3

Рис. 3

Данный «недостандарт» явил в мир Novell. Это были лихие 80-ые, все выживали, как могли, и Novell не был исключением. Заполучив ещё в процессе разработки спецификации стандарта 802.3/802.2, и лёгким движением руки выкинув LLC заголовок, в Novell получили вполне себе неплохой фрейм формат (с возможность измерения длины на втором уровне!), но одним существенным недостатком – отсутствием возможности указания вышестоящего протокола. Но, как вы уже могли догадаться, работали там ребята не глупые, и по здравому размышлению выработали решение – «а обратим ка мы свои недостатки в свои же достоинства», и ограничили этот фрейм-формат исключительно IPX протоколом, который сами же и поддерживали. И задумка хорошая, и план был стратегически верный, но, как показала история, не фортануло.

4) 802.3 with SNAP Header.

Время шло. В комитет IEEE приходило осознание того, что номера протоколов и деньги кончаются. Благодарные пользователи засыпали редакцию письмами, где 3-х байтный LLC заголовок ставился в один ряд с такими великими инновациями человечества, как оборудование собаки 5ой ногой, или же с рукавом, который можно использовать для оптимизации женской анатомии. Выжидать дальше было нельзя, настало время заявить о себе миру повторно.

Рис. 4

И в помощь страждущим от нехватки номеров протоколов (их всего могло быть 128 – мы упоминали), IEEE вводит новый стандарт фрейма Ethernet SNAP (Рис. 4). Основное нововведение — добавление 5-ти байтного поля Subnetwork Access Protocol (SNAP), которое в свою очередь состоит из двух частей – 3х байтного поля Organizationally Unique Identifier (OUI) и 2х байтного Protocol ID (PID) — Рис. 5.

Рис. 5

OUI или же vendor code – позволяет идентифицировать пропиетарные протоколы указанием вендора. К примеру, если вы отловите WireShark`ом пакет PVST+, то в поле OUI увидите код 0x00000c, который является идентификатором Cisco Systems (Рис. 6).

Рис. 6

Замечание: Встретить пакет с инкапсуляцией в формат фрейма 802.3 SNAP довольно легко и сейчас – это все протоколы семейства STP, протоколы CDP, VTP, DTP.

Поле PID это, по сути, то же поле EtherType из DIX Ethernet II — 2 байта под указание протокола вышестоящего уровня. Так как ранее, для этого использовались DSAP и SSAP поля LLC заголовка, то для указания того, что тип вышестоящего протокола нужно смотреть в поле SNAP, поля DSAP и SSAP принимают фиксированное значение 0xAA (также видно на Рис. 6)

Замечание: При использовании для переноса IP пакетов формата фрейма LLC/SNAP, IP MTU снижается с 1500 до 1497 и 1492 байт соответственно.

По заголовкам в формате фрейма в принципе всё. Хотел бы обратить внимание на ещё один момент в формате фрейма – размер payload. Откуда взялся этот диапазон — от 46 до 1500 байт?

Размер L3 Payload.

Откуда взялось нижнее ограничение, знает, пожалуй, каждый, кто хотя бы читал первый курикулум CCNA. Данное ограничение является следствием ограничения в размер фрейма в 64 байта (64 байта – 14 байт L2 заголовок — 4 байта FCS = 46 байт ) накладываемого методом CSMA/CD – время требуемое на передачу 64 байт сетевым интерфейсом является необходимым и достаточным для определения коллизии в среде Ethernet.
Замечание: В современных сетях, где возникновение коллизий исключено, данное ограничение уже не актуально, но требование сохраняется. Это не единственный «аппендикс» оставшийся с тех времен, но о них поговорим в другой статье.

Замечание: Фреймы меньше 64 байт называются Runts, фреймы больше 1518 байт называются Giants. Просмотреть кол-во таких фреймов полученных на интерфейсе можно командой show interface gigabitEthernet module/number и show interface gigabitEthernet module/number counters errors. Причём до IOS 12.1(19) в счётчики шли как фреймы с неверным, так и верным CRS (хотя вторые не всегда дропались – зависит от платформы и условий). А вот начиная с 12.1.(19) отображаются в этих счётчиках только те runt и giant фреймы, которые имеют неверный CRS, фреймы меньше 64 байт, но с верным CRS (причина возникновения обычно связана с детегированием 802.1Q или источником фреймов, а не проблемами физического уровня) с этой версии попадают в счётчик Undersize, дропаются они, или же форвардятся дальше, зависит от платформы.

Эволюция размеров Ethernet заголовков.

Все эти фреймы увеличенного размера группируются под одни именем – Baby-Giant frames. Негласное верхнее ограничение по размерам для Baby-Giant – это 1600 байт. Современные сетевые интерфейсы будут форвардить эти фреймы, зачастую, даже без изменения значения HW MTU.

Отдельно обратим внимание на спецификации 802.3AS — увеличивает максимальный размер фрейма до 2000 (но сохраняет размер MTU в 1500 байт!). Увеличение приходится на заголовок и трейлер. Изначально увеличение планировалось на 128 байт – для нативной поддержки стандартом 802.3 вышеперечисленных расширений, но в итоге сошлись на 2х тысячах, видимо, чтобы два раза не собираться (или как говорят в IEEE – this frame size will support encapsulation requirements of the foreseeable future). Стандарт утвержден в 2006 году, но кроме как на презентациях IEEE, я его не встречал. Если у кого есть что добавить здесь (и не только здесь) – добро пожаловать в комменты. В целом тенденция увеличения размера фрейма при сохранении размера PAYLOAD, порождает у меня в голове смутные сомнения в правильности выбранного направления движения.

Замечание: Немного в стороне от перечисленного обосновался FCoE фрейм – размер фрейма до 2500 байт, зачастую, эти фреймы называются mini-jumbo. Для их саппорта необходимо включать поддержку jumbo-frame.

Замечание: Верхнее ограничение размера есть и у Jumbo MTU. Оно определяется размером поля FCS (4 байт) и алгоритмом Cyclic Redundancy Check и равняется 11 455 байт. На практике же, Jumbo MTU обычно ограничен размером в 9216 байт, на некоторых платформах в 9000 байт, на более старом железе в 8092 байт (речь о Cisco).

Фух, в принципе всё. Что хотел рассмотреть по теории, рассмотрели. По конфигурации размеров MTU и теории с финтами стоящими за этими тремя буквами, прошу в мою прошлую статью – «Maximum Transmission Unit (MTU). Мифы и рифы».

Источник

Что такое Jumbo Frames и как их использовать?

У них также есть некоторые серьезные ограничения и недостатки, потому что они нарушают стандарт Ethernet. Если вы планируете внедрять Jumbo Frames, важно сначала выполнить домашнее задание.

Фреймы Ethernet

Эта структура имеет решающее значение для сотрудничества между устройствами. Оно должно быть распознаваемым для любого устройства Ethernet для передачи и понимания данных. Каждый кадр Ethernet начинается с преамбулы. Сетевые устройства используют преамбулу, чтобы дифференцировать кадр, чтобы синхронизировать передачу кадра.

В конце преамбулы находится разделитель начального кадра (SFD). SFD предназначен для отделения преамбулы от фактической структуры кадра Ethernet.

Сразу после SFD идет MAC-адрес назначения, за которым непосредственно следует MAC-адрес источника. Конечно, это важно для обеспечения того, чтобы пакет попал туда, куда ему нужно, и чтобы ответ мог быть отправлен. Следующая часть присутствует только в конфигурации VLAN. Он содержит информацию о VLAN.

Эти данные или полезная нагрузка содержат порцию информации, которая фактически передается. Полезная нагрузка — это и есть причина всего остального. Полезная нагрузка является самой большой частью кадра Ethernet.

Его размер может изменяться, но максимальный размер сети определяет максимальный размер передаваемого блока (MTU). Стандарт Ethernet устанавливает MTU на 1500 байтов.