Jumbo Frames

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Der Begriff Jumbo Frames bezeichnet in dem Datennetzwerk Ethernet nicht standardisierte und übergroße Frames.

Bei Ethernet werden die zu übertragenen Daten in Frames zusammengefasst. Die Standardgröße dafür ist mit 1518 Byte in der Norm IEEE 802.3 festgelegt. Frames, die länger als dieser Wert sind, werden als Jumbo Frames bezeichnet. Häufig wird auch der Begriff Maximum Transmission Unit (MTU) verwendet, der allerdings die größtmögliche unfragmentierte Paketgröße in der höheren Vermittlungsschicht angibt und bei Standard-Ethernet 1500 Bytes entspricht (18 Byte ist der Overhead eines Ethernet-Frames ohne IEEE 802.1Q-Feld).

Für einige Anwendungen können Jumbo Frames sinnvoll sein, da der Protokolloverhead dadurch reduziert und die Effizienz verbessert werden kann. Außerdem kann bei den beteiligten Knoten der Verarbeitungsoverhead möglicherweise gesenkt werden da weniger Frames verarbeitet werden müssen. Solche Frames sind nicht Standard, und so muss sichergestellt werden, dass alle Netzwerkelemente wie Switches, Router etc. in einem Netz mit diesen Jumbo Frames umgehen können und getestet werden, ob es einen Geschwindigkeitsvorteil gibt.

Ist die Kompatibilität nicht gegeben, interpretieren betroffene Geräten die übergroßen Frames eventuell als Jabber, was typischerweise mit einer Blockade des Datenstromes verbunden ist, oder verwerfen die Frames einfach.

Einsatzgebiete[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein typisches Einsatzgebiet für Jumbo Frames ist die Übertragung großer Datenmengen, wie dies beispielsweise bei der Datensicherung der Fall ist. Hierdurch soll die Belastung aller beteiligten Komponenten reduziert und der Durchsatz maximiert werden. Weniger Header müssen erzeugt, verarbeitet und übermittelt und weniger Prüfsummen berechnet werden.

Ein weiteres Einsatzgebiet ist das Abwälzen der Rechenlast auf die Edge-Komponenten oder Tunnel-Edge eines Netzwerks. Die Edge-Komponente, die das lokale mit externen Netzen koppelt, muss alle Pakete aus Jumbo Frames, die das lokale Netz verlassen, auf die MTU des externen Zielnetzes umkodieren (= fragmentieren). Zwar genießt man lokal so die Vorteile, die Jumbo Frames bieten, aber die Kommunikation zu externen Netzen wird deutlich "teurer", das heißt es wird viel Overhead erzeugt.

Beim Tunneling wird durch das Protokoll typischerweise zusätzliche Bandbreite verbraucht. So muss entweder die MTU des Netzes um die Headergröße des Tunnelingprotokolls reduziert werden oder aber der Tunnel-Edge muss die Frames umkodieren.

Um den Einsatz von TCP/IP mit Jumbo Frames zu vereinfachen, kann mittels Path MTU Discovery eine dynamische Ermittlung der maximalen Frame-Größe vorgenommen werden. Wenn mehrere Routen zur Verfügung stehen, ist das Verfahren eventuell nicht zuverlässig.

Fibre Channel over Ethernet (FCoE) transportiert Fibre-Channel-Frames, die bis zu 2148 Bytes umfassen können, in Ethernet-Frames verpackt, die dadurch auf 2166 Bytes anwachsen können.

Nutzen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Jumbo Frames haben zwei direkte Auswirkungen: die Framerate sinkt – je nach Hardware kann das die Verarbeitungslast senken oder den Durchsatz erhöhen – und der maximale Durchsatz der Links erhöht sich um etwa 4 %.

Effizienz von TCP (z. B. iSCSI) über Ethernet mit und ohne Jumbos
Standard-Frames

MTU = 1500 Byte: (20B IP-Header + 20B TCP-Header + 1460B TCP-Payload) + 18B Frame-Header/FCS + 20B Präambel/IPG = 1538B total

⇒ 94,93 %; max. Durchsatz GbE: 118,7 MB/s (81.270 Frames/s)
Jumbo-Frames

MTU = 9000 Byte: (20B IP-Header + 20B TCP-Header + 8960B TCP-Payload) + 18B Frame-Header/FCS + 20B Präambel/IPG = 9038B total

⇒ 99,14 %; max. Durchsatz GbE: 123,9 MB/s (13.830 Frames/s)

Wenn die Hardware für die Verarbeitung von hohen Frameraten optimiert ist (Large Segment Offload, Large Receive Offload), bringen Jumbo Frames wenig Vorteil. Abhängig von den Fähigkeiten und dem Alter der Hardware sollte die Übertragung von Jumbo Frames über mehrere Hops gut überlegt sein. Die gesamte Hard- und Software der Netzwerkinfrastruktur ist für die Übertragung von Standard-Ethernet-Frames mit einer Größe von 1518 Byte optimiert (MTU von 1500 Byte). Dies betrifft Vorhaltespeicher (Buffer), Zwischenspeicher (Caches) und Warteschlangen (Queues) in Hardware- und Softwarekomponenten. Durch eine Abweichung in der Framegröße kann es zu einer Vielzahl von Beeinträchtigungen kommen. Eine insgesamt deutlich langsamere Verarbeitung von Ethernet-Frames kann die Folge sein.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]