O que são Jumbo Frames? Definição e orientações de configuração

O que são Jumbo Frames?

O jumbo frame refere-se a um quadro Ethernet com um tamanho de carga útil maior que o padrão de 1.500 bytes. Jumbo frames também são muito maiores do que a unidade máxima de transmissão (MTU) normal especificada no padrão Ethernet. Às vezes, o uso de jumbo frames pode melhorar o desempenho da rede, mas, em outros casos, pode na verdade torná-lo mais lento.

O padrão Ethernet (IEEE 802.3) define o tamanho máximo normal do quadro em 1,518 ou 1,522 bytes. Isso inclui 14 bytes de informações de roteamento, uma soma de verificação de 4 bytes e 1,500 bytes de carga útil (ou seja, MTU). A maioria dos dispositivos usa esse padrão como padrão para enviar e receber dados.

No entanto, desde que o padrão Ethernet definiu a MTU, as velocidades de rede e o poder de processamento aumentaram significativamente. Atualmente, Switches Gigabit Ethernet são padrão, e switches de rede de 10 Gigabit, 40 Gigabit e até 100 Gigabit estão se tornando mais comuns em aplicações especializadas específicas. Nessas redes de alta velocidade, você pode obter um desempenho ainda melhor se configurar seus dispositivos para enviar pacotes maiores chamados jumbo frames.

Os jumbo frames mais comuns têm um limite de MTU de 9,000 bytes. Embora não haja um padrão rígido, 9,000 bytes se tornou a norma durante o desenvolvimento do Gigabit Ethernet e foi adotado pela maioria dos fornecedores de equipamentos e organizações. A maioria dos dispositivos Ethernet modernos pode suportar facilmente jumbo frames de 9,000 bytes.

Quando o tamanho do payload é superior a 9,000 bytes, trata-se de um quadro super-jumbo. O payload máximo pode chegar a 65,535 bytes, mas raramente é usado. O IPv6 suporta a opção de payload jumbo ou quadro jumbo, permitindo payloads de até 4GB.

Também há um tipo de quadro de dados chamado quadro jumbo pequeno, que é maior que os 1,522 bytes padrão e geralmente chega no máximo a 1,600 bytes. Quadros jumbo pequenos são frequentemente usados em técnicas de roteamento de rede ou encapsulamento que exigem informações extras de cabeçalho. Um exemplo é o Multi-Protocol Label Switching (MPLS), que adiciona 4 bytes de informações de rótulo a cada quadro, tornando o pacote ligeiramente maior que o tamanho de quadro padrão. Isso ajuda a evitar a fragmentação de pacotes.

Importância dos Jumbo Frames em redes

Jumbo frames são uma verdadeira mudança de paradigma em redes que precisam transmitir grandes quantidades de dados. Eles podem ser comumente aplicados em streaming de vídeo e áudio, backup de dados e aplicações de computação em nuvem.

Usar jumbo frames pode ajudar os administradores de rede a melhorar a eficiência da rede e reduzir o congestionamento, resultando em melhor desempenho e transferências de dados mais rápidas. Além disso, os jumbo frames minimizam o número de retransmissões de pacotes, resultando em menor latência e melhor experiência do usuário.

Em suma, os jumbo frames são uma parte importante do ambiente de rede atual. Eles ajudam as organizações a acompanhar as demandas de alta velocidade da era digital e a melhorar o desempenho geral da rede.

MTU padrão vs. enquadramento Jumbo

Na Ethernet, o tamanho padrão da unidade máxima de transmissão (MTU) de 1500 bytes define um limite superior para os dados enviados em um único quadro. Um tamanho de quadro maior significa que mais dados podem ser enviados de uma só vez, reduzindo a sobrecarga da fragmentação e remontagem dos dados.

Vantagens do Jumbo Framing

Há muitos benefícios em usar jumbo frames em uma rede. Eles aumentam a eficiência da rede, melhoram o desempenho e reduzem a sobrecarga. Ao enviar mais dados de uma só vez, o hardware de rede tem menos fragmentação e reorganização para lidar, o que reduz a carga sobre o hardware. Isso acelera a operação da rede, acelera a transferência de dados e reduz a latência. Além disso, os jumbo frames aliviam a pressão sobre a rede, liberando mais largura de banda para outras tarefas e tornando a rede mais estável no geral.

Quando usar Jumbo Frames?

Se você estiver usando jumbo frames, precisará considerar o que sua rede precisa fazer. Jumbo frames geralmente são usados em locais onde é necessária muita largura de banda, baixa latência e alta taxa de transferência, como data centers, ambientes de computação em nuvem e outras aplicações de rede de alto desempenho.

Considerações sobre topologia de rede

A forma como sua rede é configurada também é um fator significativo na decisão de usar jumbo frames. Esses frames são mais adequados para redes com switches porque eles podem precisar ser compatíveis com roteadores com tamanhos de MTU limitados. Se você tiver mais de um switch ou outro dispositivo de rede em sua rede, precisará garantir que todos eles sejam compatíveis com jumbo frames para obter o melhor desempenho.

Limitações de hardware

Outro ponto a considerar ao decidir se deve usar jumbo frames é se o seu hardware é compatível. Apenas um aviso: nem todos os adaptadores de rede e switches oferecem suporte a jumbo frames. Portanto, é sempre uma boa ideia verificar a compatibilidade do seu hardware antes de fazer qualquer alteração. Alguns dispositivos mais antigos podem não ser capazes de lidar com frames maiores, o que pode levar a uma queda no desempenho ou até mesmo à perda de pacotes.

Em resumo, se você está considerando usar jumbo frames, é essencial pensar no que sua rede precisa, como ela está configurada e qual hardware você possui. Se você avaliar todos esses fatores, poderá tomar uma decisão informada sobre usar ou não jumbo frames.

Como Usar Jumbo Frames

Entender a rede e os procedimentos de comando corretos é essencial antes de configurar jumbo frames. A seguir, há um guia passo a passo para configurar jumbo frames:

1. Verifique se o dispositivo de rede suporta jumbo frames.

Antes de iniciar a configuração, certifique-se de que seu dispositivo de rede seja compatível com jumbo frames. Você pode encontrar essas informações na documentação do fabricante do dispositivo ou no site do fornecedor.

2. Encontre o tamanho ideal de MTU

A MTU para jumbo frames é maior do que o padrão de 1500 bytes. Para encontrar o melhor tamanho de MTU para sua rede, você precisa considerar suas tarefas, como ela está configurada e qual hardware você tem.

3. Conectando à interface de linha de comando (CLI) do dispositivo

Para colocar o jumbo frame em funcionamento, primeiro você deve se conectar à interface CLI do dispositivo via cabo de console, Telnet ou SSH.

4. Configurando Jumbo Frames na interface

Os comandos para configurar jumbo frames variam de dispositivo para dispositivo. Por exemplo, se você estiver usando um switch Cisco, pode usar este comando para definir o tamanho do jumbo frame para a interface:

switch(config)#interface <interface-name>

switch(config-if)#mtu <jumbo-frame-size>

switch(config-if)#end

5. Verificando a configuração de Jumbo Frames:

Depois de configurar jumbo frames em um dispositivo de rede, é uma boa ideia verificar se tudo está configurado corretamente. Se você estiver usando um switch Cisco, poderá usar este comando para verificar o tamanho da MTU da interface e garantir que a configuração tenha entrado em vigor:

switch#show interfaces <interface-name> | include MTU

Este comando exibe o tamanho da MTU da interface especificada para ajudar a verificar se a configuração está correta. Configurar jumbo frames é essencial para melhorar o desempenho da rede, mas você deve entender os requisitos de hardware e software antes de implementá-los.

Configuração do tamanho da MTU em sistemas operacionais

Garantir que o tamanho da MTU esteja definido corretamente no sistema operacional e que jumbo frames estejam configurados nos dispositivos de rede também é essencial. Isso geralmente pode ser definido por meio da configuração de rede do sistema operacional, mas pode ser necessário especificar manualmente um tamanho de MTU personalizado. Definir um tamanho de MTU consistente em todos os sistemas que enviam e recebem dados é uma excelente ideia para garantir que os jumbo frames sejam tratados corretamente.

A topologia da rede, a compatibilidade de hardware e os requisitos de desempenho devem ser considerados antes de definir o tamanho da MTU do sistema operacional. Se todos os dispositivos na rede suportarem jumbo frames, você poderá definir o tamanho da MTU no sistema operacional.

Como você configura isso depende do sistema operacional que está usando.

A seção a seguir descreve como definir o tamanho da MTU em sistemas comumente usados:

Windows:

1. Abra o Prompt de Comando com privilégios de Administrador.

2. Insira o seguinte comando: “netsh interface ipv4 show subinterface” para exibir informações detalhadas de todas as interfaces de rede.

3. Determine para qual interface você deseja ajustar o tamanho da MTU e anote seu índice.

4. Use o seguinte comando para modificar o tamanho da MTU: “netsh interface ipv4 set subinterface [index] mtu=xxxx store=persistent”. 

5. Substitua [index] pelo índice da interface e xxxx pelo tamanho de MTU desejado.

Linux:

1. Abra uma janela de terminal.

2. Determine o nome da interface de rede para a qual você deseja alterar o tamanho da MTU.

3. Insira o seguinte comando para ajustar o tamanho da MTU: “sudo ifconfig [interface] mtu xxxx”. 

4. Substitua [interface] pelo nome real da interface de rede e xxxx pelo tamanho de MTU desejado.

5. Para tornar a alteração permanente, digite o seguinte comando: “sudo nano /etc/network/interfaces”.

6. Na linha de configuração da interface relevante, adicione o seguinte: “mtu xxxx”. 

7. Substitua xxxx pelo tamanho de MTU desejado.

8. Salve e saia.

9. Reinicie o serviço de rede com o seguinte comando: “sudo service network-manager restart”

Se você quiser aproveitar ao máximo os jumbo frames, deve garantir que todos os dispositivos em sua rede tenham o mesmo tamanho de MTU. Configurações inconsistentes podem resultar em conexões interrompidas ou perda de pacotes. Portanto, é essencial testar tudo minuciosamente antes de aplicar a configuração a um ambiente de produção.

Como testar a configuração de Jumbo Frame?

Depois de configurar jumbo frames em seus dispositivos de rede e definir o tamanho da MTU em seu sistema operacional, é essencial testar tudo minuciosamente para garantir que tudo funcione como deveria. Você pode usar ferramentas de diagnóstico de rede como ping e traceroute para garantir que os jumbo frames sejam processados e transmitidos corretamente. As ferramentas de monitoramento de desempenho de rede também podem ajudar você a ver como os jumbo frames afetam o desempenho da rede e a identificar quaisquer problemas ou limites.

Há alguns pontos importantes a ter em mente ao testar configurações de jumbo frame:

Verifique se todos os dispositivos e sistemas operacionais conseguem lidar com jumbo frames. Isso garantirá que toda a rede consiga lidar com os frames corretamente.

Certifique-se de que cada dispositivo de rede e sistema operacional defina o tamanho correto da MTU. Isso pode ser feito pelas configurações de rede.

Depois de definir o tamanho da MTU, é uma boa ideia executar alguns testes para garantir que tudo esteja correto com os jumbo frames. Use uma ferramenta de análise como o Wireshark para examinar o tráfego de rede e ver o tamanho dos frames enviados pela rede.

Outro teste é transferir um arquivo grande entre dois dispositivos na rede e ver quanto tempo leva. Se configuradas corretamente, as transferências usando jumbo frames devem ser mais rápidas do que as transferências usando tamanhos de MTU padrão.

É uma boa ideia monitorar a rede e testar a configuração de jumbo frames periodicamente para garantir o funcionamento adequado. Se ocorrerem problemas durante os testes, talvez seja necessário ajustar o tamanho da MTU ou outras configurações de rede.

Conclusão

Os jumbo frames podem ajudar na transferência de dados da sua rede e reduzir a sobrecarga da rede. Este artigo ajuda você quando estiver procurando configurar jumbo frames para sua rede. Depois de ler este artigo, você precisará considerar se os jumbo frames são adequados para sua rede e confirmar se são apropriados para sua LAN.