Petr Fořt: Vylaďte si transportní rámec Ethernetu

Datové přenosy je dnes potřeba řešit v téměř každé škole. Problémy, které s nimi nastávají (nízká přenosová rychlost sítě, chybný přenos s častými výpadky), jsou často svalovány na špatný hardware, nekvalitní aktivní prvky či síťové adaptéry. Přitom na vině může být úplně něco jiného. V tomto článku navážeme na dřívější, živě glosovaný příspěvek  Vylaďte si IP síť na plný plyn  a zaměříme se na datové přenosy na standardu Ethernet. Vysvětlíme si nejdůležitější parametry přenosových rámců a složení datových paketů. A v závěru se podíváme na možnost jejich reálné analýzy. Zaměříme se pouze za globální - standardní velikosti rámců, nikoli na jumbo frames, které je nutné optimalizovat pro jednotlivé přenosové cesty samostatně.

 

preamble	adresa určení (DA)	zdrojová adresa (SA)	typ paketu	data	CRC
8 bajtů	6 bajtů	6 bajtů	2 bajty	od 46 až 1500 bajtů	4 bajty

Preamble (preamble)
je velká 64 bitů (8 bajtů) a slouží k synchronizaci vysílající stanice a přijímajících stanic. Toto synchronizační pole poskytuje signál, který umožní zesynchronizování generátoru hodin přijímací strany. Nenese žádnou informaci a je k rámci připojeno ve vysílacích obvodech. Do celkové délky rámce se nezahrnuje.

Destination Address (cílová adresa MAC)
je velká 48 bitů (6 bajtů) a obsahuje adresu nastavenou na desce adaptéru sítě stanice, které je rámec určen. Může být individuální fyzická nebo skupinová. Zvláštní postavení má všeobecná adresa (broadcast). Na ní vyslané rámce jsou přijaty na všech stanicích v síti (například vysílání detekce serveru).

Source Address (zdrojová adresa MAC)
je velká 48 bitů (6 bajtů) a uvádí fyzickou individuální adresu desky připojení sítě, která rámec vyslala.

Type field (typ)
je velký 16 bitů (2 bajty) a typ zprávy je na této úrovni v podstatě nevyužit, jediný definovaný typ je určen pro diagnostické testování.

Data Field (vlastní data)
mají délku od 46 do 1 500 bajtů. Minimální délka je stanovena proto, aby byl zaručen čas vysílání potřebný pro bezpečnou detekci případné kolize.

Poznámka: Ve starších sítích a internetu je považován za standard Data Field = 576 bytes. Tato hodnota je ovšem v dnešních sítích na standardu Fast Ethernet a Gigabit Ethernet neefektivní. Zpomaluje komunikaci v síti přibližně o 15 až 20  % proti hodnotě 1 500 bajtů.

CRC Field (FCS pole)
má velikost 32-bit error checking field (4 bajtů). Kontrolní pole rámce FCS (Frame Check Status) je kódové označení obsahu rámce hodnotou CRC (Cyclic Redundancy Check). Při příjmu je hodnota CRC kontrolována a rámce, u kterých je zjištěn nesouhlas, jsou označeny za chybné.

Formát paketu (MTU)
Základní částí paketu je hlavička linkové vrstvy, která je následována daty (včetně hlaviček vyšších vrstev). Hlavičky jsou principiálně 4 typů a jsou vzájemně nekompatibilní. Tyto typy jsou :

• Ethernet_II - pro Novell IPX/SPX, TCP/IP, a AppleTalk Phase 1 protocols. Ethernet II rámce nepoužívá LLC hlavičku v oddílu pro data.
• Ethernet_802.3 - pro Novell IPX/SPX.
• Ethernet_802.2 - pro Novell IPX/SPX s podporou Logical Link Control (LLC) a FTAM (File Transfer, Access, and Management).
• Ethernet_SNAP - Sub-Network Access Protocol (SNAP) je modernější podobou rámce Ethernet_802.2 s podporou IPX/SPX, TCP/IP, AppleTalk Phase 2 protocol a LLC.

Minimální velikost rámce: 64 bytes
Maximální velikost rámce: 1518 bytes (nezahrnuje 8 bytes preamble)

 
Protokol TCP/IP a IPX na datovém rámci Ethernet II
 
Je nejednodušším typem přenosu datových paketů protokolu TCP/IP nebo IPX na rámci Ethernet II.

preamble	adresa určení (DA)	zdrojová adresa (SA)	typ paketu	data		CRC
8 bajtů	6 bajtů	6 bajtů	2 bajty	od 46 až 1500 bajtů		4 bajty
	celkem 14 bajtů			hlavička TCP/IP - 20/20 bytes IPX - 30 bytes	vlastní data data - hlavička

Hlavička pro TCP / IP je 20 / 20 bajtů (celkem 40 bajtů). Maximální velikost paketu uživatelských dat je 1460 bajtů.
Hlavička pro IPX protokol je 30 bajtů. Maximální velikost paketu uživatelských dat je 1470 bajtů.

Dodejme již pouze to, že hodnoty lze upravit v registru Windows.

Pro IPX protokol:
HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\NwlnkIpx\Parameters\Adapters\kód adaptéru, například: {16D5B8DC-180D-49B6-940C-645AB9E20E12}

Hodnota: MaxPktSize (standardně 0, autodetekce podle síťovky) - hodnota definuje velikost oblasti data a hlavičky rámce (celkem 1500 + 14 bytes).

Pro TCP/IP protokol:
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters]

Hodnota: MTU - hodnota definuje pouze velikost oblasti data (celkem 1500 bytes). Právě tato hodnota je určující pro definici tzv. MSS (1500 - 40), která má kritický význam při optimalizaci TCP/IP protokolu. Nejvyššího výkonu obecně dosáhneme sudým násobkem MSS. Nám se nejvíc osvědčilo dlouhodobě 6 x MSS = 8760.

A co taková síť pak dokáže?

Petr Fořt