什么是以太网中的巨型帧
以太网是一项核心技术，它使我们能够通过互联网进行的大多数通信和数据传输成为可能。
它是用于高性能网络的廉价技术。
当应用程序（无论是什么，可以是Web浏览器，下载客户端等）启动与远程服务器的连接时，该应用程序的工作就是将要发送的数据/请求传输到网络协议堆栈。
协议栈的工作是将数据分解为较小的块，并用所需的信息包装，以通过导线发送。
软件包在数据块上的此信息使数据能够被正确的接收器接收，并以正确的顺序重新组装数据块。
一旦数据由应用程序传递到操作系统的网络堆栈，网络堆栈就会将每个数据块传递到以太网硬件。
大多数情况下，这种以太网硬件是连接到发件人计算机上的网络接口卡。
硬件添加到每个数据块的标头称为以太网标头。
这些以太网头有助于数据包到达正确的目的地。
举例来说，如果我们正在将数据传输到远程计算机，则NIC卡将向每个数据块添加其自己的标头，并将其发送到网关。
网关（无论是路由器，Linux机器还是其他设备）都将剥离其获得的报头，并读取IP数据包中的正确目的地，然后将添加自己的以太网报头，然后传输以太网数据包到下一跳（无论是Linux系统，交换机还是路由器还是其他设备）
每个跃点（位于发送方和接收方之间的机器/设备）将剥离其获取的标头，以读取正确的目的地，并在转发之前添加自己的标头。
我有一个以太网帧图，我在另一篇有关VLAN的文章中使用了它（如下所示）。
阅读：什么是VLAN，以及如何在Linux中进行配置？
我们可以放心地忽略上图中的VLAN INFO部分（仅用于VLAN）。
每个以太网帧都以目标地址，源地址和帧末尾的帧检查序列（称为FCS）开头。
众所周知，IEEE是定义协议标准的组织。
最初的以太网标准称为IEEE 802.3，其以太网帧大小在64到1518字节之间。
由于15字节的以太网标头（如源mac，目标mac等），其值为1518.
标准以太网帧的主要有效载荷（协议栈中其他层提供的数据）范围为46到1500字节。
这称为最大传输单位（MTU）。
如果有效载荷大于网络可以支持的最大载荷，则需要通过第3层（网络层）将该数据包分解为较小的片段，以便MTU可以容纳它。
但是随着需求和用例的增加，有必要对原始以太网标准进行修改。
下面提到对以太网标准的某些更改，这些更改会导致帧大小增加
- 以太网标头中的VLAN信息将帧大小从1518增加到1522. 这是因为VLAN标头在标头中需要另外的4个字节（如上图所示）。支持VLAN信息的以太网标准称为IEEE 802.1Q
- 另一个称为802.1ad的规范在原始帧大小1518的基础上增加了8个字节。因此，它变为1526字节。 802.1ad是一种用于在单个帧中包含多个VLAN信息的规范（阅读：关于802.1ad的Wikipedia文章）
- 现在，由于添加了多个新标头而导致的帧大小不断增加，IEEE决定将整体帧大小增加到2000字节。阅读：IEEE 802.3as规范文章
- 然后，FCOE（以太网光纤通道）需要更高的传输速率，因此他们提出了2500字节的MTU大小。
正如我之前说的，MTU只是IP数据包可以包含的最大数据量，可以通过一个帧（网络支持）发送该数据而不会造成碎片。
如果IP数据包（由网络层提供的数据）超出了网络支持的最大帧大小，则需要对其进行分段处理。
最近，我正在阅读CISCO的有关其Catalyst系列产品上的Jumbo Frames支持的文档（请参阅：http://www.cisco.com/image/gif/paws/29805/175.pdf）。
并根据该文件...
大小为1600字节的以太网帧称为婴儿巨型帧，范围在1600到9216字节之间的帧都可以称为巨型帧。
我之所以讨论该cisco文章，是因为不同的供应商对于巨型帧是什么有不同的看法。
.目前，巨型帧没有在任何IEEE以太网规范中定义（我相信有些东西还在他们的草案中，但尚未在任何规范下） ）。
因此，不同的供应商可能支持不同的框架尺寸（并且不同供应商的巨型框架将具有不同的尺寸）。
但是，是的，我们可以有一个中间立场，就像思科文章所说的那样，将巨型帧视为介于1600到9216字节之间的任何帧。
使用巨型框架的优点
在讨论巨型帧时，我想到的第一件也是最重要的事情是更高的数据传输效率。
考虑与巨型帧相关的效率是非常合乎逻辑的，因为我们每帧传输的数据更多。
可以真正从巨型帧中受益的一些用例是：
- NFS（网络文件系统）。由于此协议主要用于通过网络共享文件，因此较大的帧可以显着提高其性能。
- ISCSI SAN或者FCOE：这些协议处理以太网上的存储，并要求更高的有线传输速率。为他们提供巨型框架可以提高其性能。
相关：网络文件系统教程
相关：性能调整NFS
相关：了解存储区域网络
让我们举一个例子来了解巨型帧如何显着改善网络性能。
假设我想将大小为6Kb（6144字节）的文件发送到我的目标服务器之一。
标准MTU大小为1500字节（不包括帧头）。
现在，需要将6kb的数据切片为1500字节的较小块（因为我的MTU是1500字节）。
这意味着我需要将大约4到5帧发送到我的目标服务器，以完成传输。
但是，如果我的MTU大小约为9000（如果我的网卡和网络设备支持巨型帧），我可以在单个帧中将该6Kb文件发送到目的地。
看到不同？
因此，如果没有巨型帧支持和非常低的延迟网络，我们可以说我们没有充分利用网络容量进行传输。
因此，在没有巨型帧支持的情况下，发送机必须将数据分段成较小的块，以便它可以容纳在受支持的MTU大小内。
不要忘记，接收机器还必须重新组装1500字节的较小块以形成我发送的数据。
因此，如果我们使用的是巨型帧，则发送方和接收方的计算机必须经过较少的CPU周期，因为它只需要发送一帧而不会分段就可以到达目标。
更少的CPU使用率意味着更高的吞吐量。
因此，作为脚注，我们可以说以下。
一个9000字节的巨型帧能够替换6个1500字节的标准以太网帧。
并且还可以节省50％的CPU。
除了上述优点之外，由于通过有线而不是6的单帧发送，因此CPU使用量更少，传输速率更高，巨型帧实际上可以减少通过有线发送的字节数。
为了理解这一说法，让我们再次以6kb文件为例。
因此，如果要通过标准以太网MTU大小发送该6kb文件，则第3层必须将其分段为4个不同的块。
所有这4个不同的ip数据包块都将具有自己的ip标头。
这意味着我们将发送相同的TCP/IP标头4次，以将该单个6kb文件发送到我们的目的地。
在9000字节MTU的情况下，我们仅一次发送这些TCP/IP标头。
因此，我们通过网络发送的字节数更少。
大多数情况下，任何操作系统在单个帧中通过电线发送的实际数据通常为1460个字节。
这是因为20个字节用于IP标头，另外20个字节用于TCP标头。
因此，单个帧中的IP数据有效载荷约为1460个字节（1500个20个字节20个字节）
巨型帧的理想用例
不应使用巨型帧，因为它可以提高数据传输速率。
有时，它可能会对网络通信产生怪异的影响。
当我们的需求到今天为止还不那么庞大时，最初的MTU大小1500已标准化。
那时全是10兆位，或者最大是100兆位以太网。
但是后来出现了千兆以太网，现在我们的大多数服务器上都有10千兆以太网。
但是标准组（IEEE）需要向后兼容，因此标准MTU大小保持为1500个字节。
仅当满足以下基本要求时，才应配置巨型帧。
- 我们有完整的千兆网络
- 即将到来的所有网络设备（从源到目标）都支持巨型帧
- 所有服务器主机均安装了具有巨型帧支持的NIC卡及其驱动程序。
由于最初的TCP 3方式握手，TCP可以设法在变化的MTU大小的网络中工作。
最初的3种握手方式协商MSS（最大段大小）。
最大段大小不过是TCP/IP数据包可以承载的最大数据量（不包括tcp/ip标头）。
在源和目标之间建立TCP连接时进行协商。
我们在每个帧上发送的1460字节的实际数据（不包括20字节的tcp和20字节的ip标头）是MSS。
由于UDP没有初始握手，因此在变化的MTU大小的网络上，UDP可能会出现奇怪的问题。
不建议在具有不同MTU大小的单个网络上运行多个主机。
因此，如果我们希望网络支持9000字节的MTU大小，则途中的所有交换机和主机都应配置为接受至少9000字节的MTU。
如何在Linux中配置MTU 9000或者巨型帧
在Linux系统上配置9000的MTU之前，请仔细检查是否已配置它。
参见下面的输出，我们应该从ifconfig命令输出中看到MTU值。
eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 0A:65:38:CA:63:1E
inet addr:10.1.130.195 Bcast:10.1.130.255 Mask:255.255.255.128
inet6 addr: fe80::865:30ff:feca:631e/64 Scope:Link
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:9001 Metric:1
RX packets:3501576178 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:3621233432 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:4833044650833 (4.3 TiB) TX bytes:4930864397824 (4.4 TiB)
Interrupt:44
如果ifconfig输出中没有值9000，则可以使用以下命令对其进行配置。
# ifconfig eth0 mtu 9000
或者，我们也可以替代地编辑接口配置文件，并在该位置添加MTU大小值以使其永久不变，然后重新启动网络服务。
在基于Red Hat的系统中，编辑文件/etc/sysconfig/network-script/ifcfg-eth0，其值（添加）为MTU = 9000。
在基于ubuntu/debian的系统中，编辑文件/etc/network/interfaces并在末尾添加MTU 9000。
如何检查巨型帧是否正常工作？
我们可以使用简单的ping命令检查已配置的巨型帧是否正常工作。
PING命令具有一个选项，用于指定要发送的数据包大小。
尝试通过ping发送8000个字节，然后查看是否从目标主机获得了答复，如下所示。
[ec2-user@myserver ~]$ping -M do -s 8000 10.1.130.195 PING 10.1.130.195 (10.1.130.195) 8000(8028) bytes of data. 8008 bytes from 10.1.130.195: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.832 ms 8008 bytes from 10.1.130.195: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.805 ms 8008 bytes from 10.1.130.195: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.816 ms
如果目标服务器不支持巨型帧，那么我们将收到如下所示的答复。
[ec2-user@myserver ~]$ping -M do -s 8000 10.2.0.71 PING 10.2.0.71 (10.2.0.71) 8000(8028) bytes of data. lowest rates for payday loans From 10.1.130.25 icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 1500) From 10.1.130.25 icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 1500) From 10.1.130.25 icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 1500) From 10.1.130.25 icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 1500) From 10.1.130.25 icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 1500) From 10.1.130.25 icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 1500) From 10.1.130.25 icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 1500)
输出清楚地表明需要分段。
巨型帧的利弊
- 导线上的较大框架往往会增加延迟，因此不适用于要求延迟非常短的应用。像VOiP或者聊天应用程序等。
- 为了有效使用巨型帧，我们需要确保源和目标之间出现的所有希望都支持我们所需的MTU大小。基本上只在已知的网络和设备上使用它。
- 有时，不支持巨型帧的交换机会丢弃数据包。
