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nov 07 2011

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Pacote Jumbo Frame – Ethernet

Olá caros,

  Hoje iremos tratar de um assunto que escutamos no nosso dia-a-dia, e que em determinados ambientes temos uma grande utilização para esse meio de comunicação ” Metro-Ethernet “.

  Neste post vamos trazer informações referenciando-se ao pacote JUMBO FRAME. Vocês poderiam perguntar, porque esse nome?

  Na verdade esse nome foi dado, devido a capacidade de informações que podemos inserir dentro do mesmo pacote, para conseguir atravessar o meio sem efetuar fragmentação no pacote. Mas vamos entender melhor esse método, pois dependendo do ambiente isso também não traz benefícios.

  O limite de 1500 bytes para o conteúdo dos frames foi criado originalmente como parte das especificações do padrão 10BASE-5, o padrão Ethernet original, de 10 megabits. A idéia era que frames muito grandes agravariam o problema das colisões, permitindo que uma única estação utilizasse o cabo durante um tempo muito longo. Além disso, frames maiores demorariam mais tempo para serem retransmitidos em caso de corrupção do conteúdo, de forma que os 1500 bytes foram aceitos como o melhor custo-benefício.

 Dentro das características do padrão ethernet, bem como para o padrão coaxial, segue uma tabela para uma demonstração dessas especificações. Mais detalhes podem ser obtidos através desse link:

  O problema é que, de lá pra cá muita muita coisa mudou. O cabeamento evoluiu, a velocidade das redes aumentaram para 100, 1000 e agora para 10000 megabits (1000 vezes a velocidade do padrão original) e, com a substituição dos hubs por switches, as colisões de pacotes deixaram de ser um problema.

  Em uma rede de 10 megabits, é possível transmitir 819 frames com 1500 bytes de dados por segundo (lembre-se de que cada frame precisa de 26 bytes adicionais, que incluem os endereços, códigos de CRC e os demais componentes), o que faz com que cada frame demore 1221 nanosegundos para ser transmitido. Em uma rede Gigabit Ethernet, onde a velocidade é 100 vezes maior, o tempo de transmissão de cada frame cai para apenas 12 nanosegundos.

 Como o processo de verificação do conteúdo dos frames consome processamento, trabalho que aumenta proporcionalmente conforme aumenta o volume de frames transmitidos, a velocidade das transferências acaba sendo limitada não apenas pelo desempenho das placas, mas também pelo desempenho do processador principal.

  Nas redes de 10 e 100 megabits isso não chegava a ser um grande problema, mas a popularização das redes Gigabit Ethernet trouxe o assunto para ser avaliado. Percebendo a possibilidade de melhorarem o desempenho de seus produtos, muitos fabricantes passaram a desenvolver extensões proprietárias, que permitem utilizar frames maiores e assim reduzir o overhead. Estes frames gigantes são os chamados de jumbo frames.

  Inicialmente, diferentes padrões eram incompatíveis, mas, com o passar do tempo, os fabricantes concordaram em padronizar o tamanho em 9000 bytes, o que permitiu a interoperabilidade entre produtos de diferentes fabricantes. Em alguns modelos de equipamentos da Cisco, podemos configurar esse valor para 9126 bytes.

  A idéia é que o processamento necessário para verificar o CRC de um frame de 1500 bytes de dados não é muito diferente do para verificar um de 9000 bytes, de forma que o uso do processador decai brutalmente com a redução no número de frames transmitidos. Outra vantagem é que recheando cada frame com mais dados, a perda causada pelos 26 bytes adicionais decai proporcionalmente, melhorando o desempenho da rede.

  O grande problema dos jumbo frames é que eles não fazem parte dos padrões Ethernet. Como aumentar o tamanho dos frames quebra a compatibilidade com os padrões de rede anteriores, o que é uma das grandes prioridades do IEEE.

  Pensando dessa forma, existem alguns métodos para fazer configurações dentro do meio Ethernet, para que possamos encaminhar esses pacotes de 9000bytes dentro da rede. Olhando para os modelos de equipamentos da Cisco, temos diferenças relacionadas as linhas de configuração para cada plataforma ( hardware ). Vamos mencionar alguns modelos, porém podemos consultar a documentação oferecida pela Cisco.

6000 / 6500 / 7600 – Devemos verificar o hardware instalado nesse chassi, para verificar compatibilidade

7609(config)#int gigabitEthernet 1/1
7609(config-if)#mtu ?
<1500-9216> MTU size in bytes

4000 / 4500 – Verificar compatibilidade de hardware, sempre observando qual modelo de supervisora esta sendo utilizado

sup3#conf t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
sup3(config)#interface gigabitEthernet 1/1
sup3(config-if)#mtu ?
<1500-9198> MTU size in bytes

3750 / 3560 – Temos diferenças para a disponibilização entre as portas 10/100 e para as portas 1000.

3750(config)# system mtu 1546
3750(config)# exit
3750# reload

3750(config)# system mtu jumbo 9000
3750(config)# exit
3750# reload

2960 – Temos diferenças para a disponibilização nas portas 10/100 e 1000

2960(config)# system mtu 1998
2960(config)# exit
2960# reload

2960(config)# system mtu jumbo 9000
2960(config)# exit
2960# reload

  Existem outros modelos referenciando-se aos switches Cisco, porém isso pode ser consultado através desse link.

 Como podemos observar esses parâmetros estão designados as conectividades ethernet, ou seja, no momento que estamos trafegando para ambientes WAN que utilizamos outras tecnologias, esse tamanho de pacote vai ser segmentado conforme a especificação daquela interface, para qual vai ter um circuito E1, E3, OC3 e etc.

  Podemos mencionar alguns ítens que são necessários para avaliação de habilitar jumbo frame na rede:

  1. Placas e switches GigabiEthernet suportam a utilização de jumbo frame, portanto temos que avaliar os equipamentos instalados na rede.

  2. Avaliar a comunicação fim a fim, pois se determinados meio de comunicação não obtiver essa configuração, você irá segmentar os pacotes, podendo até piorar a performance da rede.

  3. Jumbo frames traz benefícios na transferência de grandes arquivos, pois se a rede utiliza muito streaming, pequenos arquivos você não irá perceber tanta diferença.

  Esse detalhe é apenas uma informação que pode ser alterada dentro das especificações ethernet, para qual chamamos de MTU ( Maximum Transmission Unit ). Para o próximo post vou mencionar sobre uma outra particularidade que chamamos de MSS.

 Espero que aproveitem as informações e aguardo comentários 😉

Abs,
Rodrigo

Fontes:
https://supportforums.cisco.com/docs/DOC-2013
http://www.cisco.com/en/US/products/hw/switches/ps700/products_configuration_example09186a008010edab.shtml

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2 comentários

  1. Willian

    Rodrigo,
    Está mandando muito bem meu velho. Ótimo post.
    Grande abraço
    Will

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  2. @Willian Muito obrigado,
    Fico feliz escutar um elogio vindo da sua parte.

    Abs,
    Rodrigo

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