小议以太网中下载文件测试速率和设备限速及线路带宽关系

小议以太网中下载文件测试速率和设备限速及线路带宽关系 在宽带接入系统安装开通后一般局方都对系统进行带宽限速的测试，从局方本地的服务器上下载一个大文件，如50M、500M、2G等，根据带宽限速的大小选择合适的文件下载，而下载速率是直接从计算机上获取，如图所示，下载的速率为1.3MB/S，这个下载的速率是计算机文件的下载速率，不是宽带限速设置的在线路上数据传送的速率;一般计算机文件下载速率的单位如果是KB/S=K byte/S，如果是MB/S,Mbyte/S，这里的B是字节的含义，而一般宽带设备设置限速是用kb/s或Mb/s示的，这里的b是比特(bit)的意思，这二者之间的换算是:1B=8bit;那是否可以这样认为，如图所示此时线路上的下载速率是1.3x8=10.4Mb/s呢，是否定的，实际上线路上的传送数据的速率肯定大于10.4Mb/s。 因为如图所示的文件下载速率是计算机收到文件数据的速率，对IP包来讲，相当于是它包中的净负荷，而宽带设备配置的限速速率是对整个包来讲的，包括包的各种开销。那包的开销包含哪些开销。 一个的TCP/IP包，它打的开销包含: 1. 数据链路层MAC的包头包含源、目的MAC地址、协议类型共14个字 节，FCS检验有4个字节。二层的开销至少有18个字节，如果带vlan tag为4个字节，或QinQ双tag为8个字节，那开销就达到了22字 节或26字节。 2. 网络层IP的包头开销有长度固定的有20字节，还有长度可变的部 分，根据IP数据包格式的规定，IP包首部长度最大为60字节，所以 长度可变的部分最大为40字节，IP包的首部的一个单位是4个字节， 即长度可变部分以4个字节为单位往上加，所以IP开销是从20、 24、….56、60字节。 3. 运输层TCP/UDP的开销，以TCP为例，它的开销，包括首部长度固 定的20个字节，加上4N个字节可有可无的选项(N为整数)，所以 TCP的开销为20+4N字节，它的开销至少为20个字节。 局域以太网标准还规定了: 1. 数据包在MAC层传送到物理层时，还要在MAC数据包前加上8个字节的前 同步码和帧起始定界符。 2. 在两个帧之间的最小间隔为9.6us(10Mb/s以太网)，相当于96bit(12 个字节)。 所以在物理层上实际又有20个字节的开销了。 经过以上的分析，如果在一个100Mb/s以太网中，它如果以它的最大带宽线速传送数据包，它的净负荷数据最大传送速率也不可能达到100Mb/s，净负荷数据的传送速率和数据包的大小有关的。假如传送的每个以太网(TCP/IP)数据包的大小分别为:100字节、300字节、500字节、1000字节、1518字节(以上字节数均不包含同步码和帧帧间隔开销，不带vlan tag，IP、TCP包头以最小开销)，它的净负荷的平均最大传送速率为:35Mb/s、约75Mb/s、85 Mb/s、约90Mb/s、约94.9Mb/s。 以100字节为例其计算公式:(100-18-20-20)/(100+20)X100Mb/s,35Mb/s。 由以上分析可得，以太网的数据传送效率和数据包的大小是息息相关的，数据包越大，平均最大传送速率越大，但最大不会超过以太网标称值的95%。 如果宽带设备配置的限速是在二层数据链路层之上，它不包含物理层的传送规定，即不计算同步码和帧间隔的要求(20字节)，它的带宽限速配置值和数 据净负荷传送速率对应理论值为，以传送数据包的平均大小为200字节，以限速10Mb/s为例，那它的净负荷的理论传送速率为，(200-18-20-20)/200X10Mb/s ,7.1Mb/s。 根据上图的文件传送速率为1.3MB/S, 以传送数据包的平均大小为1000字节，其以太网线路上的平均传送所需的带宽至少为:1.3X8X((1000+20) / (1000-18-20-20))=11.3Mb/s。 假如传送数据包的平均大小为200字节，其以太网线路上的平均传送所需的带宽至少为:1.3X8X((200+20) / (200-18-20-20))=16.1Mb/s。 根据上图的文件传送速率(净负荷传送速率)为1.3MB/S, 以传送数据包的平均大小为1000字节，其设备限速理论上应不低于:1.3X8X1000 / (1000-18-20-20)=11Mb/s。 假如传送数据包的平均大小为200字节，其设备限速理论上应不低于:1.3X8X200/ (200-18-20-20)=14.6Mb/s。 由于以上的计算都不包含vlan标记，对IP、TCP的包头也采用了必须的包头开销，未计算可选的包头开销，所以在使用中实际的传送效率还要更低一点。本文计算所得的传送速率为理论值，实际使用中，可能受到网络、计算机、服务器等某个方面的瓶颈影响，其传送速率可能比理论值低的多。