3.3 Размеры кадра и пакета

Размер пакета может существенным образом повлиять на эффективную пропускную способность протокола, а значит и на производительность сети. Чем больше размер пакета, тем соответственно меньше размер совокупной передаваемой служебной информации, а значит выше скорость передачи данных.

Протоколы верхних уровней, начиная с сетевого, инкапсулируют свои пакеты в кадры протоколов канального уровня, поэтому ограничения, существующие на канальном уровне, являются общими ограничениями максимального размера пакета для протоколов всех уровней.

Необходимо отметить, что повышение размера кадра увеличивает пропускную способность сети только в том случае, когда данные в сети редко искажаются или теряются, то есть при устойчивой, надежной работе сети. В противном случае увеличение размера пакета может привести не к увеличению, а к снижению пропускной способности, так как сеть будет повторно передавать большие порции информации. Для каждого уровня искажений данных можно подобрать рациональный размер пакета, для которого пропускная способность сети будет максимальной.

Максимальный размер пакета только создает предпосылки для повышения пропускной способности, так как в конечном счете от приложений зависит, будет ли использована данная максимальная величина поля данных или нет. Если, например, приложение ведет работы с базой данных и пересылает на сервер SQL-запросы, получая в ответ по одной короткой записи, то максимальный размер поля данных в 4 или 16 Кбайт никак не поможет повысить пропускную способность сети. При обращении же приложения к файловому серверу для пересылки мультимедийного файла размером в несколько мегабайт наличие возможности пересылать файл частями по 16К безусловно повысит пропускную способность сети по сравнению с вариантом пересылки файла частями по 1500 байт.

Работа с пакетами больших размеров повышает производительность сети не только за счет уменьшения накладных расходов на служебную информацию заголовка. При использовании больших пакетов повышается производительность коммуникационного оборудования, работающего с кадрами и пакетами, то есть мостов, коммутаторов и маршрутизаторов. Это происходит из-за того, что при передаче одного и того же объема информации число используемых больших пакетов существенно меньше, чем число маленьких, а так как коммуникационное оборудование тратит определенное время на обработку каждого пакета, то и временные потери продвижения пакетов мостами, коммутаторами и маршрутизаторами при использовании больших пакетов будут меньше.

3.4 Размер кадра в гетерогенной сети

Производительность сети может резко упасть из-за несогласованности максимального размера кадра в различных частях составной гетерогенной сети.

MTU (maximum transmission unit) – это максимальный размер полезного блока данных одного кадра, который может быть передан протоколом без фрагментации. Обычно заголовки протокола не входят в MTU, но в некоторых системах в некоторых протоколах заголовки могут учитываться.

Если в каждой из частей сети используется свой протокол канального уровня со своим значением MTU, то проблема согласования разных значений MTU может возникнуть при передаче кадров из сети с большим значением MTU в сеть с меньшим значением MTU.

Все существующие протоколы канального уровня локальных сетей не предусматривают возможности динамической фрагментации кадров с последующей их сборкой в исходный кадр. Функции фрагментации пакетов реализованы только в протоколах сетевого уровня, и то не во всех - из наиболее распространенных протоколов сетевого уровня только протокол IP поддерживает функцию динамической фрагментации. Поэтому при передаче кадров между сетями с различными значениями MTU возникающую проблему можно решить двумя способами - либо путем применения IP-маршрутизатора, который будет фрагментировать IP-пакеты таким образом, чтобы они умещались в MTU канального протокола, либо путем ограничения MTU во всех составных сетях до значения, равного минимальному MTU по всему набору протоколов, применяемых в гетерогенной сети. 

Выбор одного из этих вариантов не очевиден, даже если оптимизация ведется только по критерию производительности, а стоимость решения во внимание не принимается. Пропускная способность и так уменьшается при обработке сигналов маршрутизатором, а выполнение фрагментации приводит к дополнительному замедлению продвижения кадров. Поэтому при использовании оригинальных значений MTU в отдельных частях составной сети выигрыш в пропускной способности, полученный за счет использования пакетов большой длины, может быть сведен на нет замедлением продвижения пакетов маршрутизаторами, выполняющими операцию фрагментации. Если скорость работы гетерогенной сети очень важна, то для достижения максимальной производительности необходимо провести натурное или имитационное моделирование двух подходов - с фрагментацией и с ограничением MTU.