Funktionsweise von Jumbo-Frames

Große Datenpakete im Ethernet heißen Jumbo-Frames. Der erste Abschnitt erklärt die Unterschiede zwischen Standard-Paketen und Jumbo-Frames.

Im Ethernet-Netzwerk werden die Daten in Paketen übertragen. Die Paketgröße ist in der Norm IEEE 802.3 definiert und wird allgemein als MTU bezeichnet. MTU steht für Maximum Transmission Unit. Sie beträgt standardmäßig 1500 Byte.

Im Gegensatz zu Fast Ethernet lassen sich in Gigabit-Netzwerken auch größere Pakete versenden. Diese großen Pakete nennt man Jumbo-Frames oder auch Giants. Eine typische Paketgröße bei Jumbo-Frames ist 9000 Byte. Damit ist ein Jumbo-Frame sechsmal so groß wie ein Standard-Paket. Für dieselbe Datenmenge sind daher bei Jumbo-Frames viel weniger Pakete nötig, als bei normal großen Ethernet-Frames.

Für das Netzwerk bedeutet das, dass die Interrupt-Last sinkt und dass weniger Protokoll-Overhead entsteht.

Ein Interrupt ist eine kurze Unterbrechung eines Arbeitsablaufs. Jedes neue Paket verursacht eine solche Unterbrechung. Die Summe der Unterbrechungen nennt man Interrupt-Last. Es liegt also auf der Hand, dass weniger Pakete für das System auch weniger Interrupt-Last, sprich Arbeit bedeuten.

Mit Overhead bezeichnet man hingegen Daten, die nur dazu dienen, die eigentlich übers Netz verschickten Daten zu verwalten. Das sind etwa Fehlerkorrekturen, TCP/IP-Header und Ethernet-Protokolle. Auch hier ist es leicht nachvollziehbar, dass wenige, dafür große Pakete diesen Verwaltungsaufwand verringern.

Die Infografik „Vergleich: Jumbo-Frames versus Standard-Frames“ stellt den Unterschied zwischen kleinen und großen Datenpaketen grafisch dar.

Dass Jumbo-Frames die Übertragungsleistung im Gigabit-Netzwerk in bestimmten Fällen über 50 Prozent steigern, das zeigen verschiedene Benchmarks, die wir in der Redaktion durchgeführt haben.

Im unserem Test-Netzwerk, das mit 9000 Byte großen Jumbo-Frames arbeitet, dauerte das Kopieren einer Datei mit 2,6 GByte auf das NAS nur knapp 29 Sekunden. Sobald wir die Paketgröße wieder auf die normale Größe von 1500 Byte zurücksetzten, war die Datei erst nach knapp 50 Sekunden auf das NAS übertragen. Die Übertragungsrate betrug beim Einsatz von Jumbo-Frames 89 MByte/s, bei Standard-Frames nur 56 MByte/s.

Tests, in denen wir nicht eine einzelne 2,6 GByte große Datei verschickten, sondern viele kleine, ergaben keinen nennenswerten Geschwindigkeitsvorteil. Im Gegenteil: Manchmal bewirkten die Jumbo-Frames bei kleinen Dateien sogar einen Geschwindigkeitsverlust.

Ob sich Jumbo-Frames in Ihrem Heimnetz also wirklich lohnen, hängt in erster Linie davon ab, wofür Sie das Netzwerk nutzen.

Ein Nachteil der Jumbo-Frames ist die erhöhte Latenz der Datenpakete. Die Latenz beschreibt die Verzögerungszeit der Pakete, bis sie nach dem Zusammenschnüren verschickt werden.

Die Latenz der Datenpakete lässt sich so berechnen: Frame-Größe x 8 Bit / Netzwerkgeschwindigkeit. Jumbo-Frames mit einem MTU-Wert von 9000 hätten danach eine Latenz von 9000 x 8 Bit / 1.000.000 Bit/s, also 72 ms. Im Vergleich dazu haben die Standard-Pakete nur eine Latenz von 1500 x 8 Bit / 1.000.000 Bit/s oder 12 ms.

Große Pakete gehen also später auf die Reise als kleine. Das wirkt sich nachteilig auf Anwendungen aus, die eine kurze Latenz benötigen, etwa auf die Telefonie übers Internet (VoIP) oder Netzwerk- und Online-Spiele. In der Praxis macht sich das durch sogenannte Lags bemerkbar, das sind Verzögerungen in der Datenübertragung.

Bei latenzkritischen Anwendungen sollte man daher auf Jumbo-Frames verzichten oder aber vergleichsweise kleine Jumbo-Frames ausprobieren. Oft stellen Jumbo-Frames mit 4 KByte Größe einen guten Kompromiss dar.