10G以太网帧发送速率控制机制分析

10G以太网帧发送速率控制机制分析 10G 以太网帧发送速率 控制机制分析 张治兵工业和信息化部通信计量中心助理工程师 刘 刚 工业和信息化部通信计量中心高级工程师 周开波 工业和信息化部通信计量中心高级工程师 工业和信息化部通信计量中心高级工程师 卿瑾 摘要:IEEE Std 802.3ae-2002中提 出了两种不同 1 10G 以太网帧发送速率控制机制概 的 10G以太网帧发送 速率控制机制:插入空闲比 述特、维持 DIC(Deficit Idle Count)。本文通过建立 实验模型，测试两种控制机制下 10GE接 口的帧 发送速率，通过分析测试结果，总结出两种机制的 10G以太 网(10G Etherne，t简称 10GE)接口在 IEEE 区别及其影响 10GE接口帧速率的规 律。 关键TMStd 802.3ae- 200(2后文简称 802.3ae) 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 中规范，规 词:10G 以太网，帧发送速率，DIC 范的主要内容是定义了10 GE 接口的物理层特性及架 Abstract:In IEEE Std 802.3ae-2002, tmewoch a, 构。 nisms are proposed con to tr ol the frame t ransmis, 传统的 10/100/1000M以 太网接口都是单通道结 sion speed of 10G Ethernet: inse rt additional idle 构，而 10GE 接口是四通道(4 Lane)结构，这种特殊结构 characters and maintain Deficit a Idle Count(DIC). 使得 10GE 接口与传统的 10/100/1000M以太网接口 在 In this theme, modea was built to testt he frame l帧发送速率控制机制上有所区别。图 1 是 802.3ae中 定 transmit speed of 10GE interface under the two 义 的 10GE 帧的起始控制字 节 (Start)、 前 导 码 control mechanisms respectively. By t esting a nd (“10101010”)和帧起始定界符(“10101011”)在四通道 analysis, the differenceof two mechanisms andtheir 结构中的位置。 effects to 10GE frame transmission speed, are con cluded. Key words: 10G Ethernet, frame t ransmission speed, Deficit Idle Count Lane0 Lane1 Lane2 Lane3 Start 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101011 图 1 10GE 接口起始控制字节、前导码和帧起始定界符 在四通道结构中的位置 在帧起始定界符之后是以太网帧，四通道结构实现 了以太网帧的高速率传输，同时也带来了一个问题— 帧对齐 (Frame gnment)，即每一帧的起始控制字节 Ali Start对齐到 Lane 0。使用图 1 的四通道结构传输帧长 “” 不为 4 的整数倍(例如 65 字节)的帧时，如果不采用其 他的措施，下一帧的“Start”字节必然不会对齐到 Lane 0 MSTT July2011 ????????????????????????????现代电信科技M ODERNSCIE NC E& TECHNOLOGTELEY CMM OOUNF ICATIONS 表 1 两种不同控制机制下 10GE 接口帧发送速率测试结果 上。为了解决这个问题，802.3ae 标准中定义了如下 两种帧发送控制机制 (两种控制机制的定义和描述 测试帧长理论帧发送速率机制 1 下帧发送 机制 2 下帧发送 (字节)FPS)(速率(FPS) 速率(FPS) 均来自作者对 802.3ae标准中相关内容的翻 译) 。 64 1 4 880 952 1 4 881 01 4 1 4 881 01 4 机制 1:插入空闲比特65 1 4 705 882 1 4 204 607 1 4 705 951 在这种机制下 10GE 接口的速率可能会受到增 66 1 4 534 884 1 4 204 607 1 4 534 952 加的空闲比特影响而降低。 67 1 4 367 81 6 1 4 204 607 1 4 367 883 机制 2:维持 Deficit Idle Coun(t DIC) 68 1 4 204 545 1 4 204 607 1 4 204 61 1 DIC 指的是 10GE 接口在发包过程中累计插入 69 1 4 044 944 1 3 587 01 7 1 4 045 008 或删除的空闲字节数，若插入空闲字节则D IC 减 70 1 3 888 889 1 3 587 01 7 1 3 888 953 少，若删除空闲字节则D IC 增加。通过维持 DIC 的 71 1 3 736 264 1 3 587 01 7 1 3 736 326 值在 0 至 3 之间来决定插入或删除相应的空闲字 72 1 3 586 957 1 3 587 01 7 1 3 587 01 7 节。在这种机制下 10GE 接口发送速率不会受到影 1 508 81 8 063 81 8 069 81 8 069 响。 1 509 81 7 528 81 5 933 81 7534 1 51 0 81 6 993 81 5 933 81 6 999 1 51 1 81 6 460 81 5 933 81 6 466 1 51 2 81 5 927 81 5 933 81 5 933 1 51 3 81 5 395 81 3 808 81 5 401 2 10GE接口速率测试实验 1 51 4 81 4 863 81 3 808 81 4 869 1 51 5 81 4 332 81 3 808 81 4 338 1 51 6 81 3 802 81 3 808 81 3 808 为了测试 10GE接口的帧发送速率，我们建立 1 51 7 81 3 273 81 1 694 81 3 279 了如图 2 所示的测试环境。其中网络性能测试仪表 1 51 8 81 2 744 81 1 694 81 2 750 的 P1 接口是 10GE 接口，单位是帧/ 秒(Frame per Second，简称 FPS) 。 3 测试结果分析 vJ4n FP [{ ti 下 面 结 合 802.3ae 标 准 对 两种控制机制下 图 2 测试环境10 GE帧发送速率的测试结果进行分析 。 分别配置网络性能测试仪 10GE 接口发送帧的 以太网帧发送速率遵循公式(1)。 控制机制为插入空闲比特和维持 DIC， 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 分析仪 10 000 000 000 依次测试帧长为64 - 72 字节、1 508-1 518 字节时 FPS ,(1) (8 ， FrameSize ， IFG) ，10GE 接口的线速发送速率，结果见表1 。 8 其中 FrameSize 为帧长;IFG 为帧间隙。 通过表 1 可以看到在机制 2 下 10GE 接口的帧 当 IFG 等于 12 时，以太网接口的帧速率达到理 速率与理论帧速率非常接近，只是由于网络性能测 论的最大值，第 2 节表 1 中的理论帧速率就是取 试仪自身精度的原因，导致与理论速率有一点偏差 。 IFG=12 字节时计算得出的。 802.3ae中规 定 10GE 的传输速率偏移率应不高 以帧长为 65 字节的 10GE 帧为例进行分析，机 于?100 ppm，计算可知实验中机制2 下的帧速率是 制 1 和机制 2 下前 2 个 10GE 帧的帧结构示如图 3 落在标准规定的正常范围内。机制 1 下的 10GE 接 所示。 口发送速率则与理论速率差别较大，其变化规律是 从图 3(a)可以看出，机制 1 处理每一个 10 GE 是每四个连续字节维持在一个值，然后跳变到另一 帧时，IFG 总会在默认的 12 字节 IFG 之前加 3 个字 个值;并且当测试帧长为 4 的整数倍时测试速率与 节的空闲 IFG，以确保引导码中的Start字节与 “”理论速率非常接近。 Lane0对齐 。由此我们得知帧长为 65 字节时，机制 1 2 0 1 1 年 7 月第 7 期 现代电信科技 泰尔测试????????????????????????????TTL Te s tC 处理 10GE 帧的 IFG 为 15 字节，而不是理论上的12 字节，导致了机制 1 下帧长 为 65 字节时，发送速率小 于理论帧速率。 再看图 3 (b) 中机制 2 处理 10GE 帧的过程。 机 制 2 对第一帧的处理与机 制 1 一样，在默认的 IFG 之 前增加了 3 个字节的 IFG， 以保证Start字节与 Lane0 “” 对齐。但是，机制 2 从第二 帧起处理方式与机制1 有 所不同。处理完第一帧后， DIC 设为 3，为了降低 DIC， 第二帧中减少了 4 个字节的 IFG，IFG 降为 11 字 节，同时 DIC 降为 2。同样，在第三帧和第四帧中 图 3 机制 1 和机制 2 处理帧的区别 IFG 也降为 11 字节，到第四帧时 DIC 就降为 0 了。 前四帧中 IFG 分别为:15 字节、11 字节、11 字节、11 表 2 两种机制下每四帧的 IFG 变化规律表 字节，其平均值为12 字节，保证了机制2 处理 10GE 帧长机制 1 下的 IFG机制 2 下的 IFG帧与理论的帧发送速率基本一致 。 (N?[1 6，379])(字节)(字节) 通过进一步分析，两种机制下帧长与每四帧的 4N 1 2- 1 2- 1 2- 1 2 1 2- 1 2- 1 2- 1 2 4N+ 1 1 5- 1 5- 1 5- 1 5 1 5- 1 1 - 1 1 - 1 1 IFG 变化规律总结如表 2 所示。 4N+ 2 1 4- 1 4- 1 4- 1 4 1 4- 1 0- 1 4- 1 0 表 2 直观的显示了两种机制处理 10GE 帧的区 4N+ 3 1 3- 1 3- 1 3- 1 3 1 3- 9- 1 3- 1 3 别。机制 1 处理相同帧长的 10GE 帧时，IFG 的取值 是 12131415 字节中的一个，是固定不变的，这就 、、、 导致了帧长不是 4 的整数倍时，使用机制1 发送 结果及其产生原因进行了分析。两种控制机制下 10GE 接口发送帧的帧间隙(IFG)及速率的变化规 10GE 帧时达不到理论的最大帧速率;而机制2 处理 律为:当帧长不变时，采用“插入空闲比特”机制处理 相同帧长的 10GE 帧时，IFG 的取值是有变化的，但 是每四帧的 IFG 平均值是 12 字节。这样保证了在使 10GE帧 ，IFG 是恒定不变的，同时 10GE 接口的帧 用机制 2 发送 10GE 帧时，无论帧长是否为 4 的整 发送速率是随着帧长变化 4 字节跳变一次，在帧长 数倍，都可以使I FG 平均为 12 字节，从而确保 不为 4 的整数倍时，帧发送速率小于理论速率;采用 “维持 DIC”机制发送 10GE帧时 ，IFG 是不断变化 10GE 接口可以达到理论的最大帧速率。 的，维持 DIC 不断接近 0，确保 IFG 平均为 12 字节， 帧发送速率与理论速率基本一致。 根据分析得到的结论:在测试具备 10GE 接口 设备的吞吐量性能时，如果测试帧长不是 4 的整数 倍(例如帧长为 1 518 字节)，但需要验证被测设备 的吞吐量能否达到线速，那么测试仪表和被测设备 的 10GE 接口对以太网帧的控制机制须设置为“维 4 总结和启示 本文根据 802.3ae规范的两种帧 发送控制机 持 DIC”。 制，对 10GE 帧发送速率进行了测试实验，并对测试 MSTT July2011