Marco jumbo

En redes informáticas , los jumbo frames 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 los jumbo frames es variable: si bien 9000 bytes es el límite más común, existen límites menores y mayores. Muchos conmutadores Gigabit Ethernet y controladores de interfaz de red Gigabit Ethernet , así como algunos conmutadores Fast Ethernet y tarjetas de interfaz de red Fast Ethernet, pueden admitir jumbo frames. ^{[ 2 ]}

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

Los jumbo frames alcanzaron notoriedad inicial en 1998, cuando Alteon WebSystems los introdujo en sus adaptadores ACEnic Gigabit Ethernet . ^{[ 4 ]} Muchos otros proveedores también adoptaron este tamaño; sin embargo, los jumbo frames no forman parte del estándar oficial IEEE 802.3 Ethernet.

Los jumbo frames tienen el potencial de reducir los gastos generales y los ciclos de CPU ^{[ 5 ]} y tienen un efecto positivo en el rendimiento TCP de extremo a extremo. ^{[ 6 ]} La presencia de jumbo frames 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 está típicamente limitado por el tamaño de trama más pequeño en los 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 soporte para tramas con MTU de 1500 bytes, tamaño total de trama de 1518 bytes (1522 bytes con la etiqueta VLAN / QoS IEEE 802.1Q opcional ). La actualización IEEE 802.3as mantuvo la compatibilidad de varios encabezados, pies de página y encapsulaciones comunes mediante la creación del concepto de un sobre donde se podían incluir hasta 482 bytes de encabezado y pie de página, 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 jumbo surgió de discusiones dentro del Equipo Conjunto de Ingeniería de Internet2 y las redes del gobierno federal de EE. UU. ^{[ 7 ]} Su recomendación ha sido adoptada por todas las demás redes nacionales de investigación y educación. Los fabricantes, a su vez, han adoptado 9000 bytes como el tamaño convencional de MTU, con un tamaño total de trama jumbo de entre 9014 y 9022 bytes con las cabeceras Ethernet incluidas. ^{[ 8 ]} La mayoría de los equipos Ethernet pueden admitir tramas jumbo de hasta 9216 bytes. ^{[ 9 ]}

IEEE 802.1AB -2009 e IEEE 802.3bc -2009 añadieron la detección LLDP al estándar Ethernet para la longitud máxima de trama ( subtipo TLV 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 ]}

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

Un enfoque del IETF para la adopción de tramas jumbo evita la reducción de la integridad de los datos de la unidad de datos de servicio mediante la realización de un CRC adicional en la siguiente capa de protocolo de red por encima de Ethernet. El 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 alcanza 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, lo 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 una MTU en comparación con el polinomio CRC estándar de Ethernet, sin sacrificar la capacidad HD=4 para tamaños de palabra de datos de hasta 72  kbits o más. ^{[ 13 ]} El soporte del polinomio CRC de Castagnoli dentro de un transporte de propósito general diseñado para manejar bloques 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 jumbo donde un aumento de la MTU de Ethernet habría resultado en una reducción significativa en la detección de errores.

En los equipos de red, el tamaño máximo de trama jumbo se puede especificar utilizando el tamaño máximo de trama (tamaño máximo del paquete de capa 2, incluyendo las cabeceras de trama) o la unidad de transmisión máxima (tamaño máximo del paquete de capa 3, excluyendo las cabeceras de trama), según la interfaz de configuración del equipo.

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

Los jumbo frames pueden aumentar la eficiencia del procesamiento de Ethernet y de 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 proporción a los tamaños de la carga útil (una mejora de aproximadamente seis veces en este ejemplo). Si esto es significativo o no 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 beneficio que un host que procesa tramas con su CPU. El rendimiento por eficiencia de ancho de banda puede aumentar en un 4,4 %. ^{[ A ]}

La escalabilidad relativa del rendimiento de datos de 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 ]} Teóricamente, a medida que aumenta la velocidad 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 escalado de numerosos circuitos lógicos intermedios a lo largo de la ruta de red para acomodar el tamaño máximo de trama requerido.

Las tramas baby giant o baby jumbo son tramas Ethernet ligeramente más grandes que las permitidas por los estándares IEEE Ethernet. ^{[ 2 ]} Por ejemplo, las tramas baby giant son necesarias para que IP/ MPLS sobre Ethernet ofrezca 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 puede encapsularse en un formato de trama Ethernet adecuado con valores EtherType de 0x8847 y 0x8848. ^{[ 18 ]} La mayor sobrecarga de las cabeceras MPLS y Ethernet adicionales implica que se requiere compatibilidad con tramas de hasta 1600 bytes en las redes Carrier Ethernet . ^{[ 19 ]}

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

Los superjumbo frames (SJF) son tramas con un tamaño de carga útil superior a 9000 bytes. ^{[ 21 ]} Dado que ha sido un proceso relativamente difícil y algo prolongado aumentar la MTU de ruta de las redes nacionales de investigación y educación de alto rendimiento de 1500 bytes a unos 9000 bytes, se está considerando un aumento posterior, posiblemente a 64 000 bytes. El factor principal implicado 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 mayor reducción de la eficacia de CRC32 para detectar errores en 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 hasta 4 GiB ( ^2³² - 1 bytes). Sin embargo, estos límites teóricos para la MTU del Protocolo de Internet (IP) solo se alcanzan en redes que cuentan con una infraestructura de capa de enlace adecuada. 

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

• Marcos Jumbo: ¿Dónde utilizarlos?
• ¿Fotogramas gigantes? ¡Sí!, por Selina Lo, Alteon Networks, 23/2/1998 en NetworkWorld
• Aumentando la MTU de Internet
• Grupo de trabajo para la expansión de tramas del estándar IEEE 802.3as
• Códigos de redundancia cíclica de 32 bits para aplicaciones de Internet
• Información esencial: Tramas jumbo en redes pequeñas
• Marcos jumbo en la wiki de Arch Linux