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巨型帧

以太网诞生以来,其帧结构一直就没有发生过大的改变。默认情况下,以太网的MTU是1500字节。默认情况下以太网帧是1522 字节,包含1500字节的负载、14字节的以太网头部、4字节的CRC、4字节的VLAN Tag。以太网经过30年的发展,速度已经从最初的10M被提升到了10G,速度提高了1000倍。在这样高速度的传输数据中,如果还是延续经典以太网的最大帧长的限制,那么在每秒中传输的数据包的个数将很大。由于每个数据包都需要网络设备来进行处理,由此带来的额外开销也将很大,而且这个开销随着网络速度的提高而愈加明显。

巨型帧是帧长大于1522字节的以太网帧。这是一种厂商标准的超长帧格式,专门为千兆以太网而设计。巨型帧的长度各厂商有所不同,从9000字节~64000字节不等。采用巨型帧能够令千兆以太网性能充分发挥,使数据传输效率提高50-~100-。在网络存储的应用环境中,巨型帧更具有非同寻常的意义。 [1]

巨型帧把以太网的最大帧长扩展到了9K,几乎把以前的最大帧长扩展了6倍。加大帧长的好处在于,减少了网络中数据包的个数,减轻了网络设备处理包头的额外开销。经过测试,在传统的千兆以太网中,每秒大约有81,000个数据包流经网络,而在使用了巨型帧的网络中,这个数字减少为14,000。在万兆网络中,这个对比更加强烈,标准的网络中帧长为标准1518的帧每秒有812,000个,而采用了巨型帧技术的网络上仅仅只有14,000个。大量减少的帧数目必将带来性能的提高。这样显著的性能提高,引起了各个厂商的兴趣。无论是系统吞吐量还是对CPU的占用率,相比传统以太网的帧来说,巨型帧都占有极大的优势。

这一技术最大的应用瓶颈是在于至今没有标准化。以太网之所以能够成为30年的经典,而且显得越来越有生命力,和以太网的兼容性是有很大的关系。如果采用不同的帧结构,必将带来和以前产品和技术的不兼容,这是标准制定组织不愿意看到的。

另外,Internet上的路由器和防火墙设备都是以前设计制造的产品,不支持巨型帧的传输。企业即使采用了巨型帧技术,也只能在自己支持巨型帧的网络中得到实用,数据包传输到企业网边缘,要向Internet传输时,就要被Internet上的网络设备进行包的分割。

巨型帧需要在相互通讯的2个通讯端口端上同时支持,而且与以前的以太网产品不兼容,因此主要会应用于千兆主干的端口之间以及服务器端口接入到网络主干的链路。交换机把巨型帧格式的数据转发向不兼容巨型帧的端口时应进行帧格式的转换,即把巨型帧帧格式的数据转换成标准以太网的帧格式,从而保证其正常工作。相反,从不兼容巨型帧的端口向支持巨型帧的端口转发数据时,交换机可以把多个标准以太网帧合并成超长巨型帧帧,从而提高传输效率。

应该说巨型帧在一些领域里是非常有用的,它是有意设计为加速大文件传输服务的。以太网标准定义的最大帧长度为1518字节,这样一个大的文件就需要被切碎成为若干块,放到多个以太网帧中。而每个数据块传输的时候都会引入帧头和尾的开销。倘若能够用一个大的帧完成文件的传输,则会减少很多帧的开销,提高网络的利用率和传输速率

可能会成为融合网络的障碍。如果人们在网络上传送语音或其他对延迟敏感的内容,不需要有妨碍这些对延迟敏感数据的超长帧传输。比如,超长帧会造成延迟,一旦一个‘大家伙’在线路上传送,它会较长时间占用线路,阻止其他人使用线路,从而造成延迟。

帧越长意味着如果丢失一帧数据,则是一次更为严重的网络事件,而重新传送丢失的数据包成为更为耗费时间的工作。

网络中的每种东西都必须支持超长帧,超长帧才能使用。

Internet连接不支持超长帧:一个长度超过Internet连接所支持长度的帧将在发送前被分段,从而大大降低了Internet连接的性能和可靠性。这导致需要每一个工作站都必须知道哪个数据包传送到本地网络,哪个数据包传送到Internet。为了检测线路上的最大数据包长度,IP执行MTU路由发现算法,但是,这不是标准化的作法,并且,由于拒绝服务攻击,许多防火墙不允许与这种算法有关的ICMP数据包通过。因此,超长帧不能在与Internet连接的网络中使用。

支持巨型帧需要新的硬件,这也导致了今天巨型帧现在主要在一些特殊环境使用,比如在服务器场用于数据的传输。

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