점보 프레임

3. 채택

점보 프레임은 각 이더넷 프레임이 네트워크를 통과하며 처리될 때, 작은 프레임으로 분할된 동일한 내용을 처리하는 것보다 단일 대형 프레임으로 처리하는 것이 인터럽트를 줄여 CPU 시간을 더 효율적으로 사용할 수 있게 한다.^[3] 이는 오버헤드 바이트 수를 최소화하고 처리해야 할 프레임 수를 줄이는 효과가 있다.^[3] 이는 여러 장의 문서를 각각 봉투에 넣어 보내는 대신, 한 번에 묶어 보내는 것과 유사하여 봉투와 분류 시간을 절약하는 것과 비유할 수 있다.

1998년 알테온 웹시스템즈가 기가비트 이더넷 어댑터 ACEnic에 점보 프레임을 처음 도입하면서 주목받았다.^[4] 이후 많은 다른 공급업체들도 이 크기를 채택했지만, 점보 프레임은 공식 IEEE 802.3 이더넷 표준의 일부는 아니다.

점보 프레임은 오버헤드와 CPU 사이클을 줄이고 종단 간 TCP 성능을 향상시킬 수 있지만,^[5][6] 특히 저대역폭 링크에서는 네트워크 지연 시간에 악영향을 미칠 수 있다. 종단 간 연결에서 사용 가능한 프레임 크기는 일반적으로 통과 경로의 링크 중 가장 작은 프레임 크기에 의해 제한된다.

다음은 다양한 네트워크 기술들의 최대 전송 단위(MTU)를 나타낸 표이다.

IEEE 802.3 이더넷 표준은 원래 1500바이트 MTU를 규정했으나, IEEE 802.3as 업데이트를 통해 최대 2000바이트까지 확장되었다.

인터넷2와 미국 연방 정부 네트워크의 합동 팀 논의에서 점보 프레임의 페이로드 크기로 9000바이트가 권장되었다.^[7] 이 권고는 다른 국가 연구 및 교육 네트워크에서도 채택되었다. 제조업체들은 9000바이트를 일반적인 MTU 크기로 채택했으며, 이더넷 헤더를 포함한 총 점보 프레임 크기는 9014에서 9022바이트 사이이다.^[8] 대부분의 이더넷 장비는 최대 9216바이트의 점보 프레임을 지원할 수 있다.^[9]

IEEE 802.1AB 및 IEEE 802.3bc는 LLDP를 통해 최대 프레임 길이를 설정할 수 있도록 표준을 확장했다.^[10]

4. 오류 감지

점보 프레임 환경에서는 UDP 및 TCP 체크섬, 이더넷의 CRC32 오류 감지의 신뢰성이 저하될 수 있다. 패킷 크기가 커짐에 따라 여러 오류가 서로 상쇄될 가능성이 높아지기 때문이다.^[12]

IETF는 이 문제를 해결하기 위해 상위 통신 프로토콜 계층에서 추가적인 CRC를 수행하는 방식을 채택했다. SCTP (4960) 및 iSCSI (7143)는 Castagnoli CRC 다항식을 사용한다. Castagnoli CRC 다항식 0x1EDC6F41은 이더넷 MTU의 9배 이상 길이에서도 향상된 오류 감지율을 제공한다.^[13]

5. 설정

네트워크 장비에서 점보 프레임의 최대 크기는 장비 구성에 따라 '최대 프레임 크기'(프레임 헤더 포함) 또는 '최대 전송 단위'(프레임 헤더 제외)를 사용하여 지정할 수 있다.

벤더에 따라 헤더를 크기 설정에 포함하는 경우와 포함하지 않는 경우가 있다. 전자의 경우 최대 프레임 크기(프레임 헤더를 포함하는 레이어 2의 최대 패킷 크기)가 되며, 후자의 경우 최대 전송 유닛(프레임 헤더를 제외한 레이어 3의 최대 패킷 크기)이 된다. 따라서 서로 다른 벤더의 장비를 접속할 경우에는 설정값에 주의할 필요가 있다.

점보 프레임으로 구성된 장치와 점보 프레임으로 구성되지 않은 장치가 혼합된 네트워크는 성능 문제가 발생할 수 있다.^[14]

6. 효율

각 이더넷 프레임은 네트워크를 통과하면서 처리되어야 한다. 더 작은 프레임으로 분할된 동일한 내용을 처리하는 것보다 단일 대형 프레임의 내용을 처리하는 것이 인터럽트를 줄여 사용 가능한 CPU 시간을 더 효율적으로 사용하기 때문에 선호된다. 또한 이는 오버헤드 바이트 수를 최소화하고 처리해야 할 프레임 수를 줄인다.^[3] 이는 여러 개의 봉투에 한 장씩 넣어 보내는 것보다 서류 뭉치를 한 번에 보내는 것에 비유할 수 있는데, 봉투를 절약하고 분류 시간을 단축하는 것과 유사하다.

회선 비트 전송률이 상승하면, 일반적으로 이에 비례하여 패킷의 페이로드 크기도 상승하여 동등한 타이밍 매개변수를 유지할 수 있다. 그러나 이를 위해서는 네트워크 경로에 있는 다수의 중간 링크를 필요한 최대 프레임 크기에 맞춰 확장해야 한다.

6. 1. 대역폭 효율성

패킷 전송 속도에 따른 네트워크 데이터 처리량의 상대적 확장성은 패킷당 페이로드 크기와 복잡한 방식으로 관련되어 있다.^[17] 이론적으로 회선 비트 전송률이 증가함에 따라, 동일한 타이밍 매개변수를 유지하기 위해 패킷 페이로드 크기가 직접적으로 증가해야 한다.

7. 베이비 자이언트 프레임

'''베이비 자이언트 프레임'''(baby giant frame) 또는 '''베이비 점보 프레임'''(baby jumbo frame)은 IEEE 이더넷 표준에서 허용하는 크기보다 약간 더 큰 이더넷 프레임을 말한다.^[2] 베이비 자이언트 프레임은, 예를 들어, IP/MPLS over Ethernet에서 표준 1500 바이트 페이로드를 사용하여 이더넷 서비스를 제공하는 데 필요하다. 대부분의 구현에서는 비-점보 사용자 프레임을 MPLS 프레임 형식으로 캡슐화해야 하며, 이는 다시 EtherType 값이 0x8847 및 0x8848인 적절한 이더넷 프레임 형식으로 캡슐화될 수 있다.^[18] 추가적인 MPLS 및 이더넷 헤더의 증가된 오버헤드는 캐리어 이더넷 네트워크에서 최대 1600 바이트의 프레임 지원이 필요함을 의미한다.^[19]

PPPoE용 점보 프레임은 RFC 4638에 정의되어 있으며, 이전의 1492 바이트 제한(원래 PPP에 8바이트의 추가 오버헤드가 필요했기 때문에 정의됨)을 제거하여 일반적인 1500 바이트 이더넷이 조각화 없이 실행될 수 있도록 하는 것을 목표로 한다. "PPP-Max-Payload" 태그는 여전히 더 크고 베이비 점보가 아닌 프레임을 수용할 수 있다.^[20]

8. 슈퍼 점보 프레임

슈퍼 점보 프레임(Super jumbo frames, SJFs)은 페이로드 크기가 9000바이트가 넘는 프레임이다.^[21] 고성능 국가 연구 및 교육 네트워크의 경로 MTU를 1500바이트에서 9000바이트 정도로 늘리는 것이 비교적 어렵고 시간이 오래 걸리는 과정이었기 때문에, 이후 최대 64,000바이트까지 늘리는 방안이 검토되고 있다. 관련된 주요 요인은 경로상의 모든 중간 지속성 메커니즘에서 사용 가능한 메모리 버퍼 크기를 늘리는 것이다. 고려해야 할 또 다른 중요한 요소는 훨씬 더 큰 프레임 크기 내에서 오류 감지에서 CRC32의 효율성을 더욱 줄이는 것이다.

IPv4의 ''총 길이'' 필드와 IPv6의 ''페이로드 길이'' 필드는 각각 16비트 크기이므로 최대 65,535 옥텟의 데이터를 허용한다. IPv6의 ''점보 페이로드'' 옵션은 최대 4 GiB (2³²-1 바이트) 페이로드를 허용한다. 그러나 인터넷 프로토콜(IP) MTU에 대한 이러한 이론적 한계는 적절한 링크 계층 인프라가 있는 네트워크에서만 도달한다.

9. 대안

대용량 전송 오프로드 및 대용량 수신 오프로드는 프레임당 처리를 오프로드하여 CPU 부하가 프레임 크기에 크게 의존하지 않도록 한다.^[22] 이는 점보 프레임이 줄이도록 설계된 패킷당 오버헤드를 제거하는 또 다른 방법이다. 점보 프레임은 비데이터 오버헤드에 사용되는 대역폭의 양을 줄이므로 대역폭 관점에서도 여전히 유용하다.

참조

_[1] 웹사이트 Ethernet Jumbo Frames http://www.etherneta[...] Ethernet Alliance 2009-11-12
_[2] 웹사이트 Jumbo/Giant Frame Support on Catalyst Switches Configuration Example https://www.cisco.co[...] Cisco 2011-08-22
_[3] 웹사이트 Ethernet Jumbo Frames http://www.etherneta[...] 2017-04-28
_[4] 뉴스 Alteon still stumping for Jumbo Frames http://www.networkwo[...] 1998-10-22
_[5] 논문 2003 IEEE International Symposium on Performance Analysis of Systems and Software. ISPASS 2003
_[6] 논문 2012 IEEE 13th International Conference on High Performance Switching and Routing
_[7] 웹사이트 rrsum-almes-mtu https://noc.net.inte[...] Internet2 2003-02-17
_[8] 간행물 A Congestion Avoidance Approach in Jumbo Frameenabled IP Network https://www.research[...] 2012
_[9] 웹사이트 Jumbo Frames https://www.networkw[...] Network World 2013-03-06
_[10] 문서 IEEE 802.3 ''79.3.4 Maximum Frame Size TLV''
_[11] 문서 IEEE 802.3 ''3.2.7 MAC Client Data field''
_[12] 웹사이트 Arguments about Internet MTU http://staff.psc.edu[...] 2016-10-08
_[13] 웹사이트 32-Bit Cyclic Redundancy Codes for Internet Applications http://users.ece.cmu[...] ECE Department & ICES, Carnegie Mellon University 2021-04-05
_[14] 웹사이트 Guidance on the use of jumbo frames https://kb.netgear.c[...] Netgear 2020-03-21
_[15] 뉴스 Wireless Network Speed Tweaks https://www.speedgui[...] 2016-10-20
_[16] 문서 IEEE 802.11-2012 ''8.2.3 General frame format''
_[17] 간행물 16000–64000 B pMTU experiments with simulation: The case for super jumbo frames at Supercomputing '05
_[18] 웹사이트 RFC-3032, MPLS Label Stack Encoding https://tools.ietf.o[...]
_[19] 웹사이트 Ceragon, Jumbo Frames: The Microwave Perspective, Technical brief http://www.ceragon.c[...]
_[20] 간행물 Accommodating a Maximum Transit Unit/Maximum Receive Unit (MTU/MRU) Greater Than 1492 in the Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE) https://www.rfc-edit[...] 2006-09
_[21] 웹사이트 Exploring the effects of jumbo frames https://www.retinada[...] 2022-11-13
_[22] 웹사이트 Coding Relic: Requiem for Jumbo Frames https://codingrelic.[...] 2011-12-07
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