UNICACA光纤网卡—— 巨型帧属性

　　以太网自从被发明以来的30年来，其帧结构一直就没有发生过大的改变。唯一的改变也就是为了满足VLAN以及优先级的需求，在帧头加了4个字节，除此之外，以太网的帧结构就像金科玉律一样，没有谁试图改变它。

　　现在最大帧长的问题提出来了。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不超过1518 字节的限制，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。

　　以Alteon为代表的一些新兴厂商提出了“巨型帧”的概念，大胆地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。Cisco已经表现出对巨型帧的强烈兴趣，从图中就可以明显看出，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。

　　分组交换的两个极端：

　　为了避免IP分片，光纤网卡总是被期待发送最小的数据，但是为了数据包处理效率的最大化，万兆网卡总是被期待发送最大的数据，这就是一个矛盾，需要代偿计算权衡。我们知道，分组交换网的每一个分组均要携带元数据，由于协议栈是分层的，对于每一个分组，都要封装多个不同层的协议头。
 

       分组交换网，它是除了电路交换外的另一种传输形式，但是你可以换一种理解方式而调和二者，如果你把一个整个的数据流封装到一个分组，那就是电路交换，该数 据流只有一个分组，一个分组只能有一条路径，这条路经在分组传输前就是客观存在的；如果你把一个整个的数据流拆分成多个分组，那就是分组交换，对于每一个 分组，它们经过网络的路经可能是不同的，而在一个时间段内，一段路经上可能会经过不同数据流的分组，统计复用即体现于此。

       如果分组过小，虽然可以避免IP分片，但是同一个数据流直到处理完毕需要的数据分组会过多，因此会有更多的数据空间消耗在元数据上，同时更多的处理器时间 消耗在根据协议元数据来进行的路由与交换上，如果分组过大，虽然会有更少的空间和时间消耗在协议元数据上，但是会有IP分片重组的开销，注意，在分组交换 网上，IP分片是数据分组超过一定长度后必须的，这是由线路物理上的电气特性决定的，如果非要传输超长的数据分组，将会出现电气层面的故障，比如脉冲畸形 等。因此能发送的避免全程IP分片的最大数据长度便是全程每一段路经MTU的最小值。

　　合时宜的巨型帧：

　　虽然为了兼容，1500依 然是诸多以太网卡的默认MTU设置，但是厂商对如今1G/10G等高端网卡以及超五类/六类双绞线以及光纤的高大上特性又不能视而不见，因此保留了对 MTU的配置接口，由用户自己来决定自己网卡的MTU值，超过1500Byte的以太帧，为了和原汁原味标准以太网的1500Byte区别，叫做巨型帧， 名字挺吓人，实际上也没有巨型到哪去。用户完全可以设置自己的网卡的MTU超过1500，但是能到多少呢？
 

       标准化问题是又一个棘手的问题，因为在交换以太网环境，线路的特征不再仅仅可以通过网卡和单一标准线缆(比如早期的粗缆，细缆)的电气特性来计算，而和交 换机配置，双绞线类别，质量，网卡自协商配置，双工模式等息息相关，所以虽然出现了巨型帧，它还真不好驾驭，如果发送巨型帧，中间MTU偏小的窄路由器会 将IP分片不说，可能还会影响对端数据帧的接收，因为连接两台设备的线缆很可能不是一根线缆，即便是一根线缆，两端的网卡特征也不一定相同，这就会导致收 发设备对电气特性的解释有所不同，导致数据帧的接收失败。

　　ps：目前看来，巨型帧的概念和磁盘簇的概念有点点类似，将一个帧的大小由标准的1518Byte（1518/1024≈1.5KB）改为9K（9KB巨型帧/1.5KB=6倍），交换机处理包的数量降低，从而提升传输速度，但是因为巨型帧并非一个IEEE标准，所以各家厂商的巨型帧的大小可能也不是非常一致的，因此就有了我们民间的说法，应该把巨型帧关掉，但是当我们了解了巨型帧的原理后得出一个结论，如果都是同一厂商的交换机，网卡的话，开启巨型帧是有好处的，那么一般情况下，交换机每秒转发的包一般是多少个呢？

       不管怎么说，巨型帧是合乎时宜的。如果没有1500作为底线，巨型帧长的标准化进程会快很多。

　　如果想了解这个，就必须知道包和帧的关系，这里面非常复杂，简单的理解就当1帧与1包是相同的吧，因为帧的结构比较复杂，这里就不多说了，那么普通的帧（包）大小大概是1.5KB，如果用HDSPEED的64KB区块测试虚拟盘速度为50MB/S，那么要达到1秒内传输50MB数据的流量，这一秒钟要转发多少个普通帧呢？

　　50MB/S*1024÷（64KB/S÷1.5KB）一个64KB的数据约等于43个帧，50MB/S的传输速度，交换机需要每秒约转发1191个帧，也就是数据包。

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文章材料部分来源于51CTO博客