Назначение максимального размера кадра в гетерогенной сети

Производительность сети может резко упасть из-за несогласованности максимального размера кадра в различных частях составной гетерогенной сети (рис. 2.4).

Если в каждой из частей такой 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. Например, при передаче кадра размером в 2048 байт из сети FDDI в сеть Ethernet поле данных кадра FDDI не помещается в поле данных кадра Ethernet, максимальный размер которого равен 1500 байт.

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 протоклах 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 (рис.2.4б), либо путем ограничения MTU во всех составных сетях до значения, равного минимальному MTU по всему набору протоколов, применяемых в гетерогенной сети (рис. 2.4в). В приведенном примере для этого администратору необходимо установить во всех сетях максимальный размер MTU, равный MTU сетей Ethernet, то есть 1500 байт.

Рис. 2.4. Проблема согласования максимального размера кадров 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. Маршрутизатор вообще работает не очень быстро, а выполнение фрагментации приводит к дополнительному замедлению продвижения пакетов. 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.

Многие приложения и протоколы прикладного уровня умеют динамически находить в составной гетерогенной сети такое значение MTU, которое позволяет выполнять обмен данными с требуемым сервером. Например, клиентская часть файлового сервиса сетей NovellNetWare первоначально пытается установить связь с сервером с использованием максимально возможного размера кадра протокола той сети, к которой подключен клиентский компьютер. Если в течение заданного тайм-аута клиент не получает ответа, то он начинает уменьшать размер кадра до тех пор, пока ответы не начнут поступать.

В сети Internet для уменьшения перегрузок администраторы также начали широко применять подобную технику. Вместо динамической фрагментации используется предварительная процедура выяснения минимального значения MTU вдоль маршрута следования пакетов к серверу назначения. Эта процедура состоит в следующем. Пакеты IP, используемые в процедуре определения MTU, отправляются с установленным значением признака DF (Don'tFragment), который запрещает маршрутизаторам фрагментировать данный пакет даже при невозможности инкапсулировать его в кадр канального уровня очередной сети. В таком случае маршрутизаторы возвращают узлу-отправителю сообщение по протоколу ICMP " Требуется фрагментация, а бит DF установлен". Узел-отправитель, получив такое сообщение должен уменьшить размер отправляемого пакета и вновь попытаться передать его узлу назначения с установленным битом DF, и так до тех пор, пока сообщения о невозможности доставки не перестанут приходить от маршрутизаторов, находящихся на пути следования. После этого узел-отправитель может начать передачу данных кадрами такого размера, который не требует фрагментации ни в одной из составных сетей. Такая техника, называемая PathMTUDiscovery (исследование MTU на пути следования), принята в качестве стандартной в новой версии протокола IP - IPv6, c целью освобождения маршрутизаторов от дополнительной работы по фрагментации.

При использовании протоколов, не умеющих фраментировать пакеты, таких как IPX, техника исследования MTU является единственно возможной для организации устойчивой работы в составных гетерогенных сетях.