мы подготовили несколько статей, посвященных сегодняшнему и, возможно, завтрашнему дню Ethernet. Также в последующих выпусках Computerworld читайте материалы колонки самого Меткалфа, который в настоящее время является постоянным автором нашего родственного издания InfoWorld.
Специалисты небольшой калифорнийской компании Alteon, созданной в 1996 году, разработали оригинальный метод улучшения временных характеристик сетей клиент-сервер. В его основе - выделение потоков данных между серверами и уменьшение их влияния на базовые сети. В Alteon предложили решение, повышающее производительность обмена данными между компьютерами, объединенными каналами Gigabit Ethernet путем оптимизации трафика между ними и минимизации загрузки центральных процессоров операциями обмена данными. Для этого используются нестандартные, увеличенного размера, пакеты Ethernet, получившие название Jumbo Frames.
Рост «серверного» трафика обусловлен распределением сложных приложений между различными серверами: оперативной обработкой транзакций в сетях extranet и intranet, постоянным обновлением содержимого баз данных систем коллективной работы и другими задачами, требующими распределенной обработки информации. Кроме того, составляющей этого трафика являются короткие служебные сообщения, синхронизирующие работу многосерверных приложений. Обмен данными между серверами налагается на «взрывные» потоки информации между ними и компьютерами-клиентами. Совмещение передачи различных видов данных ведет к увеличению времени отклика в системах клиент-сервер и снижению производительности распределенных приложений.
Стандарт IEEE 802.3, разработанный более десяти лет назад для 10-мегабитной разновидности Ethernet, определяет формат пакета (кадра), состоящего из 1518 байт. С появлением технологий Fast Ethernet и Gigabit Ethernet потоки данных значительно возросли; соответственно увеличилась и вычислительная мощность, расходуемая на прием и передачу кадров. Современные серверы обмениваются десятками тысяч пакетов в секунду, прием каждого из которых генерирует по крайней мере одно (в зависимости от типа сетевой платы) прерывание. Последующая обработка IP-заголовков, содержащихся в одном кадре Ethernet, требует в среднем около 1200 циклов центрального процессора. Все это значительно замедляет выполнение приложений. Увеличение формата пакета может существенно снизить дополнительную нагрузку на процессоры при передаче больших массивов информации. Размер пакетов влияет также на быстродействие связывающих серверы маршрутизаторов и коммутаторов.
Но до какого разумного предела можно увеличивать пакеты Ethernet? Максимальное число байтов в пакете ограничивается 32-разрядной контрольной последовательностью пакета CRC-32. Алгоритм вычисления CRC-32 обеспечивает равную вероятность обнаружения ошибок при изменении размеров пакета от 376 до 11 455 байт. При увеличении формата пакета повышается вероятность появления необнаруженных ошибок.
В пакете Jumbo Frames может содержаться до 9 тыс. байт. Пакет такой величины удобен тем, что эффективность обработки заметно повышается, когда объемы передаваемых данных пропорциональны целому числу страниц памяти, размер которых в большинстве коммерческих систем составляет 4 Кбайт. Таким образом, в Jumbo Frames размещаются две полные страницы, а также заголовки транспортного, сетевого и канального уровней.
Концепция Alteon нашла воплощение в системе Gigabit Ethernet Server Switching System, в состав которой входят коммутаторы серверов и специализированные высокопроизводительные сетевые платы, поддерживающие работу с обычными пакетами Ethernet и Jumbo Frames. В платах, содержащих 32-разрядные RISC-процессоры, возможно формирование одного прерывания для последовательности, состоящей из нескольких приходящих один за другим пакетов. Предусмотрено также аппаратное вычисление контрольных сумм протоколов TCP, UDP и IP, которое производится «на лету» одновременно с операциями канала прямого доступа к памяти. По данным компании, пакеты Jumbo Frames и сетевые платы Alteon почти на 85% уменьшают загрузку центральных процессоров серверов обработкой пакетов Ethernet.
Чтобы воспользоваться преимуществами Jumbo Frames, нужно установить сетевое оборудование самой Alteon, которое предоставляет возможность создавать виртуальные сети, разделяющие обычные пакеты и Jumbo Frames. Для распознавания пакетов различных форматов применяются метки в соответствии с требованиями спецификаций стандарта IEEE 802.1q.
По мнению некоторых аналитиков, технология Jumbo Frames пригодна главным образом для высокопроизводительных систем обработки информации. Критики отмечают отсутствие стандартизации, необходимость обязательного использования виртуальных сетей и пока еще незначительную заинтересованность в Jumbo Frames других производителей.
Однако положение начинает меняться. В Европейском центре ядерных исследований CERN, где очень быстро приживаются полезные новшества, совместно со специалистами Alteon написан драйвер для ОС Lunix. Благодаря этому скорость обмена данными компьютера с сетевой платой Alteon, двумя процессорами Pentium II/450 МГц и 33-мегагерцевой шиной PCI достигла 90 Мбайт/с. На выставке Networld+Interop '98 представители Alteon сообщили о поддержке их технологии рядом крупных компаний. Корпорация IBM уже выпустила PCI-плату для серверов RS/6000 и запланировала применение технологии Jumbo Frames в сетевом оборудовании для мэйнфреймов S/390. Представители Alteon сообщили также о намерении представить свои предложения в рабочую группу 802 IEEE и о выпуске в 1999 году плат, позволяющих использовать технологию Jumbo Frames в стандартных сетях Ethernet. Новые сетевые платы будут способны дефрагментировать Jumbo Frames, превращая их в обычные пакеты Ethernet.