إطار جامبو

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

إطار إيثرنت يوضح حمولة بيانات متغيرة الطول. تحتوي الإطارات الضخمة على حمولات بيانات أكبر من 1500 بايت.

في مجال شبكات الحاسوب ، تُعرف الإطارات الضخمة بأنها إطارات إيثرنت تحتوي على حمولة بيانات تتجاوز 1500 بايت، وهو الحد الأقصى المحدد في معيار IEEE 802.3 . [ 1 ] يختلف حد حمولة البيانات للإطارات الضخمة؛ فبينما يُعد 9000 بايت الحد الأكثر شيوعًا، توجد حدود أصغر وأكبر. تدعم العديد من محولات جيجابت إيثرنت ووحدات تحكم واجهة شبكة جيجابت إيثرنت ، بالإضافة إلى بعض محولات فاست إيثرنت وبطاقات واجهة شبكة فاست إيثرنت، الإطارات الضخمة. [ 2 ]

بداية

يجب معالجة كل إطار بيانات إيثرنت أثناء مروره عبر الشبكة. يُفضّل معالجة محتويات إطار واحد كبير على معالجة المحتوى نفسه مُقسّمًا إلى إطارات أصغر، لأن ذلك يُحسّن استخدام وقت وحدة المعالجة المركزية المتاح بتقليل المقاطعات. كما يُقلّل هذا من عدد البايتات الإضافية ويُخفّض عدد الإطارات التي تحتاج إلى معالجة. [ 3 ] يُشبه هذا إرسال حزمة أوراق بالبريد بدلًا من عدة مظاريف تحتوي كل منها على ورقة واحدة، مما يُوفّر المظاريف ويُقلّل وقت الفرز.

اكتسبت الإطارات الضخمة شهرةً أوليةً في عام 1998، عندما قدمتها شركة Alteon WebSystems في محولات ACEnic Gigabit Ethernet الخاصة بها . [ 4 ] وقد اعتمد العديد من الموردين الآخرين هذا الحجم أيضًا؛ ومع ذلك، فإن الإطارات الضخمة ليست جزءًا من معيار IEEE 802.3 Ethernet الرسمي.

التبني

تتمتع الإطارات الضخمة بإمكانية تقليل الحمل الزائد ودورات وحدة المعالجة المركزية [ 5 ] ولها تأثير إيجابي على أداء بروتوكول TCP من البداية إلى النهاية. [ 6 ] قد يؤثر وجود الإطارات الضخمة سلبًا على زمن استجابة الشبكة، خاصةً على الروابط ذات النطاق الترددي المنخفض. عادةً ما يكون حجم الإطار المستخدم في اتصال من البداية إلى النهاية محدودًا بأصغر حجم إطار في الروابط الوسيطة. يدعم بروتوكول 802.5 Token Ring إطارات بحجم MTU يبلغ 4464 بايت ، بينما يدعم FDDI إطارات بحجم 4352 بايت، و ATM بحجم 9180 بايت، ويدعم 802.11 إطارات بحجم MTU يبلغ 7935 بايت. في الأصل، نص معيار IEEE 802.3 Ethernet على دعم إطارات بحجم MTU يبلغ 1500 بايت، أي بحجم إجمالي للإطار يبلغ 1518 بايت (1522 بايت مع علامة VLAN / QoS الاختيارية IEEE 802.1Q ). قام تحديث IEEE 802.3as بتضمين العديد من الرؤوس والتذييلات والتغليفات الشائعة من خلال إنشاء مفهوم المغلف حيث يمكن تضمين ما يصل إلى 482 بايت من الرأس والتذييل، وأصبح أكبر إطار إيثرنت مدعوم من IEEE 802.3 هو 2000 بايت.

نشأ استخدام 9000 بايت كحجم حمولة مفضل للإطارات الضخمة من مناقشات جرت داخل الفريق الهندسي المشترك لشبكة الإنترنت 2 وشبكات الحكومة الفيدرالية الأمريكية. [ 7 ] وقد اعتمدت جميع شبكات البحث والتعليم الوطنية الأخرى هذه التوصية. وبدورها، اعتمدت الشركات المصنعة 9000 بايت كحجم وحدة النقل القصوى (MTU) التقليدي، مع حجم إجمالي للإطار الضخم يتراوح بين 9014 و9022 بايت مع تضمين رؤوس الإيثرنت. [ 8 ] ويمكن لمعظم أجهزة الإيثرنت دعم إطارات ضخمة تصل إلى 9216 بايت. [ 9 ]

أضافت معايير IEEE 802.1AB -2009 و IEEE 802.3bc -2009 خاصية اكتشاف LLDP إلى معيار إيثرنت لتحديد الحد الأقصى لطول الإطار ( النوع الفرعي 4 من TLV ). [ 10 ] تسمح هذه الخاصية باكتشاف طول الإطار على المنفذ باستخدام حقل مكون من بايتين. اعتبارًا من معيار IEEE 802.3-2015، القيم المسموح بها هي 1518 (للإطارات الأساسية فقط)، و 1522 (للإطارات الموسومة بـ 802.1Q)، و 2000 (للإطارات متعددة الوسوم، وإطارات الغلاف). [ 11 ]

اكتشاف الأخطاء

من المرجح أن تمر الأخطاء في الإطارات الضخمة دون أن يتم اكتشافها بواسطة آلية اكتشاف الأخطاء البسيطة CRC32 الخاصة بشبكة الإيثرنت، ومجموع التحقق الإضافي البسيط الخاص ببروتوكولي UDP و TCP : فمع زيادة حجم الحزمة، يصبح من المرجح أن تلغي الأخطاء المتعددة بعضها بعضًا. [ أ ]

إحدى طرق فريق هندسة الإنترنت (IETF) لاعتماد الإطارات الضخمة تتجنب تقليل سلامة البيانات في وحدة بيانات الخدمة عن طريق إجراء فحص CRC إضافي في طبقة بروتوكول الشبكة التالية فوق الإيثرنت. يستخدم بروتوكول نقل التحكم في تدفق البيانات (SCTP) (RFC 4960) وبروتوكول iSCSI (RFC 7143) متعدد حدود كاستانيولي CRC . يحقق متعدد حدود كاستانيولي 0x1EDC6F41 مسافة هامينغ HD=6 لما بعد وحدة نقل بيانات الإيثرنت القصوى (MTU) (حتى طول كلمة بيانات 16360 بت)، وHD=4 لما بعد 114663 بت، أي أكثر من 9 أضعاف طول وحدة نقل بيانات الإيثرنت القصوى. يوفر هذا بتين إضافيتين من قدرة اكتشاف الأخطاء في كلمات البيانات بحجم وحدة نقل البيانات القصوى مقارنةً بمتعدد حدود معيار CRC للإيثرنت، دون التضحية بقدرة HD=4 لأحجام كلمات البيانات التي تصل إلى 72  كيلوبت وما فوق. [ 13 ] يوفر دعم متعدد الحدود Castagnoli CRC ضمن نقل عام مصمم للتعامل مع أجزاء البيانات، وضمن نقل TCP مصمم لحمل بيانات SCSI، معدلات اكتشاف أخطاء محسنة على الرغم من استخدام الإطارات الضخمة حيث كان من الممكن أن تؤدي زيادة MTU Ethernet إلى انخفاض كبير في اكتشاف الأخطاء.

إعدادات

في معدات الشبكات، يمكن تحديد الحد الأقصى لحجم الإطار الضخم باستخدام إما الحد الأقصى لحجم الإطار (الحد الأقصى لحجم حزمة الطبقة 2، بما في ذلك رؤوس الإطار) أو الحد الأقصى لوحدة الإرسال (الحد الأقصى لحجم حزمة الطبقة 3، باستثناء رؤوس الإطار)، وذلك حسب واجهة تكوين المعدات.

قد تواجه الشبكة التي تحتوي على مزيج من الأجهزة المُهيأة لاستخدام الإطارات الضخمة والأجهزة غير المُهيأة لاستخدامها مشاكل في الأداء. [ 14 ]

كفاءة عرض النطاق الترددي

يمكن للإطارات الضخمة أن تزيد من كفاءة معالجة الإيثرنت والشبكة في الأجهزة المضيفة عن طريق تقليل الحمل الزائد للبروتوكول ، كما هو موضح في المثال التالي باستخدام بروتوكول TCP عبر IPv4 . ويمكن أن ينخفض ​​الحمل الزائد للمعالجة في الأجهزة المضيفة بنسبة أحجام الحمولة (تحسين بمقدار ستة أضعاف تقريبًا في هذا المثال). وتعتمد أهمية هذا التحسين على كيفية معالجة الحزم في الجهاز المضيف. فالجهاز المضيف الذي يستخدم محرك تفريغ TCP الخاص بوحدة تحكم واجهة الشبكة ، والذي يتميز بحمل زائد منخفض بالفعل، يحصل على فائدة أقل من الجهاز المضيف الذي يعالج الإطارات باستخدام وحدة المعالجة المركزية الخاصة به. ويمكن أن تزيد الإنتاجية من خلال كفاءة عرض النطاق الترددي بنسبة 4.4%. [ أ ]

كفاءة عرض النطاق الترددي على مستوى الإطار لبروتوكول TCP عبر IPv4
نوع الإطارإم تي يوالطبقة 1 العلويةالطبقة الثانية العلويةالطبقة 3 العلويةالطبقة الرابعة العلويةحجم الحمولةإجمالي الإرسال [ ب ]الكفاءة [ ج ]
معيار1500مقدمة 8 بايتIPG 12 بايترأس الإطار 14 بايتFCS 4 بايترأس IPv4 20 بايترأس TCP 20 بايت1460 بايت1538 بايت94.93%
جامبو9000مقدمة 8 بايتIPG 12 بايترأس الإطار 14 بايتFCS 4 بايترأس IPv4 20 بايترأس TCP 20 بايت8960 بايت9038 بايت99.14%
أحجام إطارات أخرى للرجوع إليها
IEEE 802.11 على A-MSDU [ 15 ] [ 16 ]7935مقدمة ورأسية PLCP 24 بايتيختلف مؤشر IPGرأس الإطار والأمان ovhd 52 بايتFCS 4 بايترأس IPv4 20 بايترأس TCP 20 بايت7895 بايت8015 بايت + حجم IPGأقل من 98.5%
تم ربط معيار IEEE 802.11 بمعيار إيثرنت القياسي1500مقدمة ورأسية PLCP 24 بايتيختلف مؤشر IPGرأس الإطار والأمان ovhd 52 بايتFCS 4 بايترأس IPv4 20 بايترأس TCP 20 بايت1460 بايت1580 بايت + حجم IPGأقل من 92.4%
  1. ↑ 99.14% ⁄ 94.93% -100%
  2. ↑ إجمالي حجم الإرسال هو مجموع حجم الحمولة وجميع أحجام البيانات الإضافية.
  3. ↑ يتم حساب الكفاءة عن طريق قسمة حجم الحمولة على إجمالي حجم البيانات المرسلة.

ترتبط قابلية التوسع النسبية لإنتاجية بيانات الشبكة، كدالة لمعدلات نقل الحزم، بشكل معقد بحجم الحمولة لكل حزمة. [ 17 ] نظريًا، مع زيادة معدل بتات الخط، يجب أن يزداد حجم حمولة الحزمة بشكل مباشر للحفاظ على معايير التوقيت المكافئة. ومع ذلك، فإن هذا يستلزم توسيع نطاق العديد من الدوائر المنطقية الوسيطة على طول مسار الشبكة لاستيعاب الحد الأقصى لحجم الإطار المطلوب.

إطارات بيبي جاينت

إطارات "بيبي جاينت" أو "بيبي جامبو" هي إطارات إيثرنت أكبر قليلاً من الحجم المسموح به وفقًا لمعايير IEEE إيثرنت. [ 2 ] على سبيل المثال، تُعد إطارات "بيبي جاينت" ضرورية لبروتوكول IP/ MPLS عبر الإيثرنت لتقديم خدمات الإيثرنت بحمولات قياسية تبلغ 1500 بايت. تتطلب معظم التطبيقات تغليف إطارات المستخدم غير الضخمة بتنسيق إطار MPLS، والذي بدوره يمكن تغليفه بتنسيق إطار إيثرنت مناسب بقيم EtherType تساوي 0x8847 و0x8848. [ 18 ] ونظرًا لزيادة الحمل الزائد لرؤوس MPLS والإيثرنت الإضافية، فإن دعم الإطارات التي يصل حجمها إلى 1600 بايت مطلوب في شبكات إيثرنت الخاصة بمزودي الخدمة . [ 19 ]

تم تعريف الإطارات الضخمة لبروتوكول PPPoE في RFC 4638، بهدف إزالة الحد القديم البالغ 1492 بايت (الذي تم تحديده أصلاً لأن بروتوكول PPP يحتاج إلى 8 بايتات إضافية)، بحيث يمكن لشبكة إيثرنت العادية ذات 1500 بايت العمل دون تجزئة. ولا يزال بإمكان وسم "PPP-Max-Payload" استيعاب إطارات ضخمة أكبر بكثير. [ 20 ]

إطارات ضخمة للغاية

الإطارات الضخمة جدًا (SJFs) هي إطارات يزيد حجم حمولتها عن 9000 بايت. [ 21 ] ونظرًا لصعوبة عملية زيادة وحدة النقل القصوى (MTU) لمسار شبكات البحث والتعليم الوطنية عالية الأداء من 1500 بايت إلى حوالي 9000 بايت، والتي استغرقت وقتًا طويلاً نسبيًا، يجري النظر في زيادة لاحقة، ربما إلى 64000 بايت. ويتمثل العامل الرئيسي في زيادة حجم مخزن الذاكرة المتاح في كل آلية استمرارية وسيطة على طول المسار. ومن العوامل المهمة الأخرى التي يجب مراعاتها انخفاض فعالية خوارزمية CRC32 في اكتشاف الأخطاء حتى في أحجام الإطارات الأكبر.

يبلغ حجم حقل الطول الإجمالي في بروتوكول IPv4 وحقل طول الحمولة في بروتوكول IPv6 16 بتًا لكل منهما، مما يسمح بنقل بيانات تصل إلى 65535 بايت . ويتيح خيار الحمولة الضخمة في IPv6 حمولة تصل إلى 4 جيجابايت (2 ^ 32 بايت). مع ذلك، لا تُبلغ هذه الحدود النظرية لوحدة النقل القصوى لبروتوكول الإنترنت (IP MTU) إلا على الشبكات التي تمتلك بنية تحتية مناسبة لطبقة الربط. 

نهج بديل

يُخفف كلٌ من إرسال واستقبال البيانات الضخمة عبء المعالجة لكل إطار، مما يجعل حمل وحدة المعالجة المركزية مستقلاً إلى حد كبير عن حجم الإطار. وهذه طريقة أخرى للتخلص من الحمل الزائد لكل حزمة، والذي صُممت الإطارات الضخمة لتقليله. [ 22 ] ولا تزال الإطارات الضخمة مفيدة من منظور عرض النطاق الترددي، لأنها تقلل من مقدار عرض النطاق الترددي المستخدم في الحمل الزائد غير المتعلق بالبيانات.

ملحوظات

  1. ↑ ناقش مات ماثيس ما إذا كانت هذه مشكلة عملية بالفعل، بحجة أن انخفاض عدد الحزم للإطارات الضخمة يعوض ارتفاع معدل الخطأ غير المكتشف. [ 12 ]

مراجع

  1. ↑ "إطارات إيثرنت جامبو" (ملف PDF) . تحالف إيثرنت. 12-11-2009 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18-06-2015 .
  2. 1 2 "مثال على تكوين دعم الإطارات الضخمة/العملاقة على محولات Catalyst" . سيسكو . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أغسطس 2011. تدعم محولات سلسلة Catalyst 3750/3560 وحدة نقل قصوى (MTU) تبلغ 1998 بايت لجميع واجهات 10/100.
  3. ↑ "إطارات إيثرنت جامبو" (ملف PDF) . EthernetAlliance.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أبريل 2017 .
  4. ↑ جيف كاروسو (22 أكتوبر 1998). "ألتيون لا تزال تسعى جاهدة للحصول على إطارات جامبو" . عالم الشبكات . مؤرشف من الأصل في 15 أكتوبر 2012. تم الاطلاع عليه في 4 يوليو 2011 .
  5. ↑ فونغ، أ؛ ت. هوف؛ هـ. هام؛ ج. باتواردهان؛ ج. رينييه (2003). "إعادة النظر في أداء بروتوكول التحكم بالنقل (TCP)". ندوة IEEE الدولية لتحليل أداء الأنظمة والبرمجيات لعام 2003. ISPASS 2003. الصفحات 70-79 . doi : 10.1109/ISPASS.2003.1190234 . ISBN  978-0-7803-7756-1. S2CID 17023487 . 
  6. ↑ د. موراي؛ ت. كوزينيك؛ ك. لي؛ م. ديكسون (2012). "وحدات النقل القصوى الكبيرة وأداء الإنترنت" . المؤتمر الدولي الثالث عشر لـ IEEE حول التبديل والتوجيه عالي الأداء ، 2012. الصفحات 82-87 . doi : 10.1109/HPSR.2012.6260832 . ISBN  978-1-4577-0833-6. S2CID 232321 . 
  7. ↑ ريك سمرهيل (17 فبراير 2003)، rrsum-almes-mtu ، إنترنت 2
  8. ↑ ملاهويش، السراج؛ بكار، كمال النظام؛ غفور، كيهان (2012). "نهج تجنب الازدحام في شبكة IP الضخمة ذات الإطارات" . المجلة الدولية لعلوم الحاسوب المتقدمة وتطبيقاتها . 3 (1): 69 – عبر ResearchGate.
  9. ↑ سكوت هوغ (2013-03-06)، الإطارات الضخمة ، عالم الشبكات ، تم استرجاعه في 2013-08-05 ، تدعم معظم أجهزة الشبكة حجم إطار ضخم يبلغ 9216 بايت.
  10. ↑ معيار IEEE 802.3 79.3.4 الحد الأقصى لحجم الإطار TLV
  11. ↑ حقل بيانات عميل MAC في معيار IEEE 802.3
  12. ↑ ماثيس، مات (2016-10-08). "نقاشات حول وحدة النقل القصوى للإنترنت" . مؤرشف من الأصل في 2016-10-08 . تم الاطلاع عليه في 2019-08-23 .
  13. ↑ فيليب كوبمان. "رموز التكرار الدوري 32 بت لتطبيقات الإنترنت" (ملف PDF) . قسم الهندسة الكهربائية والحاسوب ومركز علوم وهندسة الحاسوب، جامعة كارنيجي ميلون.
  14. ↑ "إرشادات حول استخدام الإطارات الضخمة" . نت جير . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-03-2020 .
  15. ↑ فيليب (20 أكتوبر 2016). "تحسينات سرعة الشبكة اللاسلكية" . speedguide.net . تم الاطلاع عليه في 20 أكتوبر 2016 .
  16. ↑ IEEE 802.11-2012 8.2.3 تنسيق الإطار العام
  17. ↑ روثرفورد، دبليو؛ جورجنسون، إل؛ سيجرت، إم؛ فان إيب، بي؛ ليو، إل. (2007). "تجارب pMTU بحجم 16000-64000 بايت مع المحاكاة: حالة الإطارات الضخمة جدًا في مؤتمر الحوسبة الفائقة 2005". التبديل البصري والشبكات . 4 (2): 121-130 . doi : 10.1016/j.osn.2006.10.001 .
  18. ↑ RFC-3032، ترميز مكدس تسميات MPLS
  19. ↑ "سيراجون، إطارات جامبو: منظور الميكروويف، موجز فني" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 15-09-2012.
  20. ↑ أربيرغ، ب.؛ كوركوزيليس، د.؛ داكيت، م.؛ أنشوتز، ت.؛ مويساند، ج. (سبتمبر 2006). "استيعاب وحدة عبور قصوى/وحدة استقبال قصوى (MTU/MRU) أكبر من 1492 في بروتوكول نقطة إلى نقطة عبر الإيثرنت (PPPoE)" . doi : 10.17487/RFC4638 .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  21. ↑ "استكشاف تأثيرات الإطارات الضخمة" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13-11-2022 .
  22. ↑ "بقايا البرمجة: مرثية للإطارات الضخمة" . 2011-12-07 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2011-12-07 .