Marco gigante
Trama Ethernet con una carga útil de más de 1500 bytes

Trama de Ethernet que ilustra una carga útil de longitud variable. Las tramas gigantes tienen cargas útiles mayores a 1500 bytes.

En redes informáticas , las tramas gigantes son tramas Ethernet con más de 1500 bytes de carga útil, el límite establecido por el estándar IEEE 802.3 . [1] El límite de carga útil para las tramas gigantes es variable: si bien 9000 bytes es el límite más comúnmente utilizado, existen límites más pequeños y más grandes. Muchos conmutadores Gigabit Ethernet y controladores de interfaz de red Gigabit Ethernet y algunos conmutadores Fast Ethernet y tarjetas de interfaz de red Fast Ethernet pueden admitir tramas gigantes. [2]

Comienzo

Cada trama Ethernet debe procesarse a medida que pasa por la red. Procesar el contenido de una única trama grande es preferible a procesar el mismo contenido dividido en tramas más pequeñas, ya que esto hace un mejor uso del tiempo de CPU disponible al reducir las interrupciones. Esto también minimiza el recuento de bytes de sobrecarga y reduce la cantidad de tramas que se deben procesar. [3] Esto es análogo a enviar físicamente un paquete de papeles en lugar de varios sobres individuales con una hoja cada uno, lo que ahorra sobres y reduce el tiempo de clasificación.

Las tramas gigantes ganaron prominencia inicial en 1998, cuando Alteon WebSystems las introdujo en sus adaptadores ACEnic Gigabit Ethernet . [4] Muchos otros proveedores también adoptaron el tamaño; sin embargo, las tramas gigantes no son parte del estándar oficial IEEE 802.3 Ethernet.

Adopción

Las tramas gigantes tienen el potencial de reducir los costos generales y los ciclos de CPU [5] y tienen un efecto positivo en el rendimiento TCP de extremo a extremo. [6] La presencia de tramas gigantes puede tener un efecto adverso en la latencia de la red, especialmente en enlaces de bajo ancho de banda. El tamaño de trama utilizado por una conexión de extremo a extremo generalmente está limitado por el tamaño de trama más bajo en enlaces intermedios. 802.5 Token Ring puede admitir tramas con una MTU de 4464 bytes , FDDI puede transportar 4352 bytes, ATM 9180 bytes y 802.11 puede transportar MTU de 7935 bytes. El estándar IEEE 802.3 Ethernet originalmente exigía compatibilidad con tramas de MTU de 1500 bytes, tamaño de trama total de 1518 bytes (1522 bytes con la etiqueta IEEE 802.1Q VLAN / QoS opcional ). La actualización IEEE 802.3as incorporó múltiples encabezados, finales y encapsulamientos comunes al crear el concepto de un sobre donde se podían incluir hasta 482 bytes de encabezado y final, y el marco Ethernet más grande compatible con IEEE 802.3 pasó a ser de 2000 bytes.

El uso de 9000 bytes como tamaño de carga útil preferido para tramas gigantes surgió de discusiones dentro del Equipo de Ingeniería Conjunto de Internet2 y las redes del gobierno federal de los EE. UU. [7] Su recomendación ha sido adoptada por todas las demás redes nacionales de investigación y educación. [ cita requerida ] Los fabricantes, a su vez, han adoptado 9000 bytes como el tamaño de MTU convencional, con un tamaño total de trama gigante de entre 9014 y 9022 bytes con encabezados Ethernet incluidos. [8] La mayoría de los equipos Ethernet pueden admitir tramas gigantes de hasta 9216 bytes. [9]

IEEE 802.1AB -2009 e IEEE 802.3bc -2009 agregaron el descubrimiento LLDP a Ethernet estándar para la longitud máxima de trama ( TLV subtipo 4). [10] Permite la detección de la longitud de trama en un puerto mediante un campo de dos octetos. A partir de IEEE 802.3-2015, los valores permitidos son 1518 (solo tramas básicas), 1522 (tramas etiquetadas con 802.1Q) y 2000 (tramas de sobre con múltiples etiquetas). [11]

Detección de errores

Es más probable que los errores en tramas gigantes pasen desapercibidos mediante la simple detección de errores CRC32 de Ethernet y las simples sumas de comprobación aditivas de UDP y TCP : a medida que aumenta el tamaño del paquete, se vuelve más probable que múltiples errores se cancelen entre sí. [a]

Un enfoque de IETF para adoptar tramas gigantes evita la reducción de la integridad de los datos de la unidad de datos de servicio al realizar un CRC adicional en la siguiente capa de protocolo de red por encima de Ethernet. El transporte del Protocolo de transmisión de control de flujo (SCTP) (RFC 4960) e iSCSI (RFC 7143) utilizan el polinomio CRC de Castagnoli . El polinomio de Castagnoli 0x1EDC6F41 logra la distancia de Hamming HD=6 más allá de una MTU de Ethernet (hasta una longitud de palabra de datos de 16.360 bits) y HD=4 hasta 114.663 bits, que es más de 9 veces la longitud de una MTU de Ethernet. Esto proporciona dos bits adicionales de capacidad de detección de errores en palabras de datos del tamaño de MTU en comparación con el polinomio estándar de CRC de Ethernet, sin sacrificar la capacidad HD=4 para tamaños de palabra de datos de hasta 72 kbits y más. [13] El soporte del polinomio CRC de Castagnoli dentro de un transporte de propósito general diseñado para manejar fragmentos de datos, y dentro de un transporte TCP diseñado para transportar datos SCSI, ambos proporcionan tasas de detección de errores mejoradas a pesar del uso de tramas gigantes donde un aumento de la MTU de Ethernet de otro modo habría resultado en una reducción significativa en la detección de errores.

Configuración

En los equipos de red, el tamaño máximo de trama gigante se puede especificar utilizando el tamaño máximo de trama (tamaño máximo de paquete de capa 2, incluye encabezados de trama) o la unidad máxima de transmisión (tamaño máximo de paquete de capa 3, excluye encabezados de trama), según la interfaz de configuración del equipo. [ cita requerida ]

Una red que tiene una mezcla de dispositivos configurados para tramas gigantes y dispositivos no configurados para tramas gigantes puede tener problemas de rendimiento. [14]

Eficiencia del ancho de banda

Las tramas gigantes pueden aumentar la eficiencia del procesamiento de Ethernet y de la red en los hosts al reducir la sobrecarga del protocolo , como se muestra en el siguiente ejemplo con TCP sobre IPv4 . La sobrecarga de procesamiento de los hosts puede disminuir potencialmente en la proporción de los tamaños de carga útil (aproximadamente una mejora de seis veces en este ejemplo). Si esto es significativo depende de cómo se procesan los paquetes en el host. Un host que utiliza el motor de descarga TCP de su controlador de interfaz de red con una sobrecarga ya reducida recibe menos beneficios que un host que procesa tramas con su CPU. El rendimiento por eficiencia de ancho de banda puede aumentar en un 4,4%. [A]

Eficiencia del ancho de banda a nivel de trama para TCP sobre IPv4
Tipo de marcoUnidad de medida máximaCapa 1 arribaCapa 2 arribaCapa 3 arribaCapa 4 arribaTamaño de la carga útilTotal transmitido [B]Eficiencia [C]
Estándar1500Preámbulo
de 8 bytes		IPG
de 12 bytes		encabezado de marco
de 14 bytes		FCS
de 4 bytes		Encabezado IPv4 de
20 bytes		Encabezado TCP de
20 bytes		1460 bytes1538 bytes94,93%
Jumbo9000Preámbulo
de 8 bytes		IPG
de 12 bytes		encabezado de marco
de 14 bytes		FCS
de 4 bytes		Encabezado IPv4 de
20 bytes		Encabezado TCP de
20 bytes		8960 bytes9038 bytes99,14%
Otros tamaños de marcos para referencia
IEEE 802.11 en A-MSDU [15] [16]7935Preámbulo y encabezado PLCP de
24 bytes		El IPG
varía		encabezado de trama y seguridad ovhd
52 bytes		FCS
de 4 bytes		Encabezado IPv4 de
20 bytes		Encabezado TCP de
20 bytes		7895 bytes8015 bytes + tamaño de IPG< 98,5%
IEEE 802.11 conectado a Ethernet estándar1500Preámbulo y encabezado PLCP de
24 bytes		El IPG
varía		encabezado de trama y seguridad ovhd
52 bytes		FCS
de 4 bytes		Encabezado IPv4 de
20 bytes		Encabezado TCP de
20 bytes		1460 bytes1580 bytes + tamaño de IPG< 92,4%
  1. ^ 99,14 % ⁄ 94,93 % -100 %
  2. ^ El tamaño total transmitido es la suma del tamaño de la carga útil y todos los tamaños de sobrecarga.
  3. ^ La eficiencia se calcula dividiendo el tamaño de la carga útil por el tamaño total transmitido.

La escalabilidad relativa del rendimiento de los datos de la red en función de las tasas de transferencia de paquetes está relacionada de manera compleja con el tamaño de la carga útil por paquete. [17] En teoría, a medida que aumenta la tasa de bits de la línea, el tamaño de la carga útil del paquete debería aumentar en proporción directa para mantener parámetros de temporización equivalentes. Sin embargo, esto implica el escalamiento de numerosos circuitos lógicos intermedios a lo largo de la ruta de la red para adaptarse al tamaño máximo de trama requerido.

Marcos gigantes para bebés

Las tramas Baby Giant o Baby Jumbo son tramas Ethernet que son apenas más grandes que lo permitido por los estándares IEEE Ethernet. [2] Las tramas Baby Giant son, por ejemplo, necesarias para IP/ MPLS sobre Ethernet para entregar servicios Ethernet con cargas útiles estándar de 1500 bytes. La mayoría de las implementaciones requerirán que las tramas de usuario que no sean Jumbo se encapsulen en formato de trama MPLS que, a su vez, se puede encapsular en un formato de trama Ethernet adecuado con valores EtherType de 0x8847 y 0x8848. [18] La mayor sobrecarga de los encabezados MPLS y Ethernet adicionales significa que se requiere soporte para tramas de hasta 1600 bytes en redes Carrier Ethernet . [19]

Las tramas gigantes para PPPoE se definen en RFC 4638, con el propósito de eliminar el antiguo límite de 1492 bytes (originalmente definido porque PPP necesita 8 bytes más de sobrecarga), de modo que la Ethernet normal de 1500 bytes pueda funcionar sin fragmentación. La etiqueta "PPP-Max-Payload" todavía puede admitir tramas gigantes mucho más grandes y que no sean de tamaño pequeño. [20]

Marcos super gigantes

Las tramas superjumbo (SJF) son tramas que tienen un tamaño de carga útil de más de 9000 bytes. [21] Como ha sido un proceso relativamente difícil y algo largo aumentar la MTU de la ruta de las redes nacionales de investigación y educación de alto rendimiento de 1500 bytes a 9000 bytes aproximadamente, se está considerando un aumento posterior, posiblemente a 64 000 bytes. [ cita requerida ] El factor principal involucrado es un aumento en el tamaño del búfer de memoria disponible en cada mecanismo de persistencia intermedio a lo largo de la ruta. Otro factor importante a considerar es la reducción adicional de la efectividad de CRC32 para detectar errores dentro de tamaños de trama aún mayores.

El campo Longitud total de IPv4 y el campo Longitud de carga útil de IPv6 tienen un tamaño de 16 bits cada uno, lo que permite datos de hasta 65 535 octetos . La opción de carga útil jumbo de IPv6 permite una carga útil de hasta 4  GiB (2 32 -1 bytes). Sin embargo, estos límites teóricos para la MTU del Protocolo de Internet (IP) se alcanzan solo en redes que tienen una infraestructura de capa de enlace adecuada.

Enfoque alternativo

La descarga de envío y recepción de gran tamaño descarga el procesamiento por trama, lo que hace que la carga de la CPU sea en gran medida independiente del tamaño de la trama. Es otra forma de eliminar la sobrecarga por paquete que las tramas gigantes fueron diseñadas para reducir. [22] Las tramas gigantes siguen siendo útiles desde una perspectiva de ancho de banda, ya que reducen la cantidad de ancho de banda utilizado para la sobrecarga no relacionada con datos.

Notas

  1. ^ Matt Mathis ha analizado si esto es realmente un problema práctico, argumentando que el recuento reducido de paquetes para tramas gigantes contrarresta la mayor tasa de errores no detectados. [12]

Referencias

  1. ^ "Tramas gigantes de Ethernet" (PDF) . Ethernet Alliance. 12 de noviembre de 2009. Consultado el 18 de junio de 2015 .
  2. ^ ab "Ejemplo de configuración de compatibilidad con tramas gigantes y gigantes en switches Catalyst". Cisco . Consultado el 22 de agosto de 2011 . Los switches Catalyst de la serie 3750/3560 admiten una MTU de 1998 bytes para todas las interfaces 10/100
  3. ^ "Tramas gigantes de Ethernet" (PDF) . EthernetAlliance.org . Consultado el 28 de abril de 2017 .
  4. ^ Jeff Caruso (22 de octubre de 1998). «Alteon sigue haciendo campaña por las Jumbo Frames». Network World . Archivado desde el original el 15 de octubre de 2012. Consultado el 4 de julio de 2011 .
  5. ^ Foong, A; T. Huff; H. Hum; J. Patwardhan; G. Regnier (2003). "Rendimiento TCP revisado". Simposio internacional IEEE de 2003 sobre análisis de rendimiento de sistemas y software. ISPASS 2003. págs. 70–79. doi :10.1109/ISPASS.2003.1190234. ISBN 978-0-7803-7756-1. Número de identificación del sujeto  17023487.
  6. ^ D Murray; T Koziniec; K Lee; M Dixon (2012). "Grandes MTU y rendimiento de Internet". 2012 IEEE 13th International Conference on High Performance Switching and Routing . págs. 82–87. doi :10.1109/HPSR.2012.6260832. ISBN 978-1-4577-0833-6.S2CID232321  .​
  7. ^ Rick Summerhill (17 de febrero de 2003), rrsum-almes-mtu, Internet2
  8. ^ Malahuwaish, Aos; Bakar, Kamalrulnizam; Ghafoor, Kayhan (2012). "Un enfoque para evitar la congestión en una red IP habilitada para tramas gigantes". Revista internacional de aplicaciones y ciencias informáticas avanzadas . 3 (1): 69 - vía ResearchGate.
  9. ^ Scott Hogg (6 de marzo de 2013), Jumbo Frames, Network World , recuperado el 5 de agosto de 2013 , La mayoría de los dispositivos de red admiten un tamaño de trama gigante de 9216 bytes.
  10. ^ IEEE 802.3 79.3.4 Tamaño máximo de trama TLV
  11. ^ Campo de datos del cliente MAC IEEE 802.3 3.2.7
  12. ^ Mathis, Matt (8 de octubre de 2016). «Argumentos sobre la MTU de Internet». Archivado desde el original el 8 de octubre de 2016. Consultado el 23 de agosto de 2019 .
  13. ^ Philip Koopman. "Códigos de redundancia cíclica de 32 bits para aplicaciones de Internet" (PDF) . Departamento de ECE e ICES, Universidad Carnegie Mellon.
  14. ^ "Guía sobre el uso de tramas gigantes". Netgear . Consultado el 21 de marzo de 2020 .
  15. ^ Philip (20 de octubre de 2016). "Ajustes de velocidad de la red inalámbrica". speedguide.net . Consultado el 20 de octubre de 2016 .
  16. ^ IEEE 802.11-2012 8.2.3 Formato de trama general
  17. ^ Rutherford, W.; Jorgenson, L.; Siegert, M.; Van Epp, P.; Liu, L. (2007). "Experimentos de 16000–64000 B pMTU con simulación: el caso de las tramas superjumbo en Supercomputing '05". Conmutación óptica y redes . 4 (2): 121–130. doi :10.1016/j.osn.2006.10.001.
  18. ^ RFC-3032, Codificación de pila de etiquetas MPLS
  19. ^ "Ceragon, Jumbo Frames: The Microwave Perspective, resumen técnico" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 15 de septiembre de 2012.
  20. ^ Arberg, P.; Kourkouzelis, D.; Duckett, M.; Anschutz, T.; Moisand, J. (septiembre de 2006). "Acomodación de una unidad máxima de tránsito/unidad máxima de recepción (MTU/MRU) mayor que 1492 en el protocolo punto a punto sobre Ethernet (PPPoE)". doi : 10.17487/RFC4638 . {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  21. ^ "Explorando los efectos de los fotogramas gigantes" . Consultado el 13 de noviembre de 2022 .
  22. ^ "Coding Relic: Requiem for Jumbo Frames" (Reliquia de codificación: Réquiem por los fotogramas gigantes). 2011-12-07 . Consultado el 2011-12-07 .
  • Jumbo Frames – ¿Dónde utilizarlos?
  • ¿Tramas gigantes? ¡Sí!, por Selina Lo, Alteon Networks, 23/02/1998 en NetworkWorld
  • Aumentando la MTU de Internet
  • Grupo de trabajo sobre expansión de tramas IEEE 802.3as
  • Códigos de redundancia cíclica de 32 bits para aplicaciones de Internet
  • Lo que necesita saber: Tramas gigantes en redes pequeñas
  • Marcos gigantes en la wiki de Arch Linux
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