Содержание:

Когда вы увеличиваете размер передаваемых данных, скорость обмена часто растёт — но не бесконечно. На графике «зависимость скорости эзернет от длины пакета» показано, как меняется скорость передачи полезный информации из‑за того, что вместе с данные приходится передавать и служебные поля.

Болевые точки: что обычно не учитывают при чтении графиков

Многие думают так: «Если сеть Ethernet имеет определённую пропускную способность, значит скорость будет почти равна ей». Но реальность проще и одновременно сложнее:

  • Чем больше заголовков, тем больше кадр «несёт воздуха» — служебной информация, которая не является payload.
  • Если пакеты маленький, то служебные части занимают большую долю от каждого file/файл (условно: от каждого отправляемого куска).
  • Поэтому график показывает эффективность: не «сырую» скорость канала, а то, сколько реально уходит полезных байт.

Что именно означает график «Зависимость скорости от размера пакета»

Смысл графика можно сформулировать одной фразой: чем больше заголовков передаётся вместе с payload, тем ниже эффективность полезной передачи.

На графике рассматривается модель, где длины заголовков фиксированы и суммируются. В частности (как в описании к графику):

Протокол/часть Длина заголовка (байт)
IP 20
GRE 24
TCP 20
UDP 8
PPPoE 8
Ethernet 18

Это и объясняет тренд: когда размер полезных данные уменьшается, фиксированные заголовки становятся «дороже» относительно payload — и пропускной эффективность падает.

Главная причина падения скорости: доля служебных полей

Представьте, что в каждом отправляемом кадр есть «карман для полезного» и отдельные «ярлыки» (заголовки). Если полезного мало (байт), то ярлыки занимают почти всё место. Отсюда и основной вывод графика: полезный скорость растёт с увеличением payload, потому что служебное размывается на больший объём.

Какие заголовки и их длины учитываются

В этой модели учитываются именно сетевые/транспортные и линковские заголовки. По описанию графика:

  • IP — 20 байт
  • GRE — 24 байт
  • TCP — 20 байт
  • UDP — 8 байт
  • PPPoE — 8 байт
  • Ethernet — 18 байт

При этом считается, что часть данных «внутри пакета» не меняется — меняется только то, сколько данные помещается при заданных ограничениях mtu.

Почему на графике не учтены преамбула и межкадровый интервал

В описании к графику прямо сказано: преабула и межкадровый интервал не учитываются, потому что эти элементы относятся к работе физического уровня и «отбрасываются при обработке кадра».

По сути: график фокусируется на том, сколько «чистых» поле/данные приходится на передаваемый кадр с учётом заголовков протоколов. А паузы между кадрами и синхронизация канального уровня добавляют задержку на линии, но не входят в модель «суммарные заголовки пакета».

Когда учёт преамбулы и межкадрового интервала становится значимым

Учёт преамбула и межкадровый интервал важен, когда узкое место — не провайдер и не маршрутизация, а именно ограничение на среде Ethernet и то, как кадры «ритмично» отправляются по каналу.

То есть смысл учитывать их появляется, когда вы хотите:
- приблизиться к «железной» реальной скорости именно на линии;
- оценить максимальный throughput в сценариях, где кадры идут часто и интервал влияет на общую частоту передачи;
- сравнивать режимы с разной заполняемостью канала, где каждый микросекундный простой накапливается.

Как интерпретировать ось абсцисс: нагрузка пакета или MTU?

Ось абсцисс на таком графике можно читать двумя способами — это отражено в описании:

Как читать X на графике Что означает
как нагрузку пакета (payload) при неизменном Ethernet MTU вы меняете сколько байт полезных данные кладёте внутрь, а заголовки остаются фиксированными
как MTU Ethernet‑кадра при максимальном заполнении вы меняете общий предел кадра Ethernet, и полезное заполняет почти всё возможное

В обоих вариантах итог один: при увеличении «куда можно положить payload» эффективность скорость полезной передачи обычно растёт.

Какие факторы на графике сознательно не учтены

На графике не моделируются вещи, которые в реальности сильно влияют на throughput, но не описываются простой геометрией «заголовки vs полезные байты»:

Не учитывается Почему это важно в реальной сети
задержки (latency) влияет на RTT и скорость на уровне приложений
потери пакетов ведут к повторным отправкам и падению полезной передачи
особенности TCP TCP уменьшает окно при проблемах и может снижать фактический throughput
перегрузка/очереди джиттер и очереди меняют фактическую скорость
«внешние» ограничения канала например, не только Ethernet, но и провайдер/маршрут

Отдельно: из чего состоит кадр Ethernet и какие там размеры

В типичном разборе Fast Ethernet выделяют базовые компоненты кадра:

  • преамбула
  • стартовый байт
  • адреса (получатель и отправитель)
  • поле длины/типа (определяет размеры данных)
  • данные (payload)
  • контрольная последовательность (CRC)

В одном из материалов про Fast Ethernet указаны ключевые цифры:

  • максимальный размер кадра Ethernet: 1526 байт (12208 бит)
  • минимальный размер: 72 байта (576 бит)
  • служебная часть Ethernet: 18 байт
  • поле данных: от 46 до 1500 байт (из‑за ограничений минимального размера кадра)

Как размер кадра Ethernet влияет на полезную и полную пропускную способность

Идея такая же, как на графике: полезное растёт быстрее, чем служебное.

При фиксированных служебная части, доля полезных байт в общем объёме меняется. Поэтому:

  • для маленьких кадров полезная пропускная способность ниже: заголовки/служебные поля занимают значимую часть;
  • для больших кадров полезное почти «упирается» в предел: эффективность ближе к максимуму.

Как рассчитать теоретическую полезную пропускную способность Fast Ethernet

В расчёте удобно использовать частоту кадров и сколько полезный данных переносится одним кадром:

П (бит/с) = V · 8 · f,
где V — полезная часть в байтах, f — частота следования кадров.

Для оценки используют минимальный и максимальный payload (как в источнике про Fast Ethernet):

  • Минимальный полезный payload: 46 байт
    Получается полезная пропускная способность около 54,76 Мбит/с
  • Максимальный полезный payload: 1500 байт
    Получается полезная пропускная способность около 97,52 Мбит/с

Какие минимальные и максимальные значения полезной пропускной способности у Fast Ethernet

По приведённым расчётам для Fast Ethernet (100 Мбит/с):

Сценарий Полезная пропускная способность
минимальный кадр по полезным данным (46 байт) ≈ 54,76 Мбит/с
максимальный кадр по полезным данным (1500 байт) ≈ 97,52 Мбит/с

Это хорошо согласуется с идеей графика: размер полезной части растит эффективность, но из‑за служебных частей полная «идеальная» скорость недостижима.

Итог: что главное сказать про «Зависимость скорости Ethernet от длины пакета»

Основное сообщение графика “Зависимость скорости от размера пакета”: скорость полезной передачи зависит не только от скорости среды, а от того, сколько из передаваемых байт реально становится полезными данные. Когда payload увеличивается относительно фиксированных заголовков (IP, TCP/UDP, PPPoE, GRE, Ethernet), пропускной способность полезной информации растёт; когда payload маленький — служебные поля съедают эффективность.

Именно поэтому вопрос «размер пакета влияет на скорость передачи информации?» обычно имеет простой ответ: да, и причина — доля заголовков в общем кадр.