（通信与信息系统专业论文）高速接入网络性能度量及关系研究.pdf

l 、 烹溉独创性( 或创新性) 声明 v 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：日期： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： j 一 高速接入网络性能度量及关系研究 摘要 随着互联网技术的不断发展，v o l p 、在线视频等多媒体业务不断 推出，这要求网络具有更高的速度和更宽的带宽。接入网作为网络接 入的“最后一公里”，成为了制约整个网络系统的瓶颈，因此，发展 宽带接入网络成为各运营商的工作重点之一。 在当前主要的宽带接入技术中，以太网接入技术具有较高的访问 速度，且符合我国用户相对集中的情况，有较好的发展空间，属于接 入网的典型代表。课题的网络性能研究主要基于高速光以太网。 在宽带网络的诸多网络特性中，表征错误的有误码、误字节、误 帧和丢包等概念，在过去的研究当中，人们对于丢包的研究侧重于高 层的丢包检测、丢包处理、丢包原因探索等，对于误码的研究侧重误 码的监测以及监测方法、误码的定位、误码率的估算等，而对它们之 间关系的研究甚少。因此在此研究基础上，本文着重从数据链路层出 发，研究误帧、误字节的表现形式、影响因素、分布特性以及它们之 间的关系。 课题选取千兆光以太网作为测试环境，测试平台主要由网络测试 仪、一个光可调衰耗器和数据处理模块等组成。网络测试仪充当网络 中的收发设备，可以自由构造测试数据流，并通过设置过滤器参数使 得测试仪只接收错误的数据帧并保存。数据处理模块是为统计网络测 试仪接收到的误帧而专门设计的工具，其原理是将误帧和正确帧进行 逐字节的对比，若出现错误则将该位置记录，统计项包括误帧数、误 字节数、出现位置以及单位时间内的误帧数等。本文使用s p s s 和 m a t l a b 来分析数据处理模块给出的中间数据，采用非参数估计等 统计方法来分析和探讨网络性能及其关系。 论文主要从多个方面研究数据链路层的误帧和误字节，涉及研究 j 丘星蝼虫厶芏蚣：班芝e 生堂位论塞 项包括：误帧的影响因素、误帧的表现形式、误帧和误字节的分布特 性以及它们之间的关系。 通过研究得到如下结论： 1 、在网络衰耗较小的时候，误码是引起误帧的主要表现形式， 在网络衰耗较大的情况下，误码和数据帧加长是两种主要的表现形 式； 2 、在相同的情况下，不同的数据帧填充字节值，出错的概率不 一致； 3 、在网络衰耗较小的情况下，误帧和误字节均符合泊松分布， 但在衰耗较大的时候，误帧和误字节的分布特性受帧长度的影响。 关键字：误帧误字节加长帧分布特性高速接入网 1 1 1 t h ep e r f o r m a n c em e t r i c sa n dr e i 。a t l 0 n s h i p o fh i g h s p e e da c c e s sn e t w o r k a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fi n t e m e tt e c h n o l o g y , v o i p , o n l i n ev i d e oa n do t h e rm u l t i m e d i as e r v i c e sa r ed e l i v e r i n gc o n s t a n t l y , w h i c hr e q u i r e sh i g h e rs p e e da n dw i d e rb a n d w i d t ho ft h en e t w o r k a st h e l a s tm i l e o ft h en e t w o r k ，a c c e s sn e t w o r kh a sb e c o m et h eb o t t l e n e c ko f t h ee n t i r en e t w o r ks y s t e m t h e r e f o r e ，h o wt od e v e l o pt h eb r o a d b a n d a c c e s sn e t w o r kh a sb e c o m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n ti s s u e sf o r o p e r a t o r s a m o n gc u r r e n tm a j o rb r o a d b a n d a c c e s s t e c h n o l o g i e s ，e t h e r n e t a c c e s s t e c h n o l o g y h a sa h i g h e r a c c e s s s p e e d ，a n dc o r r e s p o n dw i t h s i t u a t i o no ft h ec o n c e n t r a t i o no ft h ec u s t o m e ri no u rc o u n t r y i t sat y p i c a l a c c e s sn e t w o r ka n dh a sb o a r ds p a c ef o rd e v e l o p m e n t s ot h i sp a p e r f o c u s e so nt h ep e r f o r m a n c eo fe t h e r n e to p t i c a la c c e s sn e t w o r k t h e r ea r em a n yc h a r a c t e r i s t i c st oi n d i c a t ee r r o rs u c ha sb i te r r o r , b y t ee r r o r , f r a m ee r r o ra n dp a c k e tl o s s t h ep a s ts t u d i e so fp a c k e tl o s s f o c u s e do np a c k e tl o s sd e t e c t i o n ，l o s tp a c k e tp r o c e s s i n g ，t h er e a s o n so f p a c k e tl o s s ，a n ds oo n w h i l et h er e s e a r c h e so fb i te r r o rf o c u s e do ne r r o r 。m o n i t o r i n g ，m o n i t o r i n gm e t h o d s ，e r r o rl o c a t i n ga sw e l la st h ee s t i m a t i o n o fb i te r r o rr a t e h o w e v e r , s t u d i e so nt h e i rr e l a t i o n s h i pi sl a c k i n g s ot h i s p a p e ri n v e s t i g a t e dt h ef l a m ee r r o ro nt h ed a t al i n kl a y e ri nh i g h - s p e e d o p t i c a la c c e s sn e t w o r k ，i n c l u d i n gt h er e p r e s e n t a t i o nf o r m ，i n f l u e n c i n g f a c t o r sa n dd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ff l a m ee r r o ra n db y t ee r r o r , a n d t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e m t h e g i g a b i t e t h e r n e tt e s tb e dw a sc h o s ea st h em a i nt e s t e n v i r o n m e n tw h i c he s t a b l i s h e di n c l u d i n gan e t w o r kt e s t e r , av a r i a b l e i v o p t i c a la t t e n u a t o r , o p t i c a ll i n ka n dap u r p o s e - b u i l tt o o lw h i c ha l l o w su st o e x a m i n ee r r o r so nap e r - o c t e tb a s i s t h en e t w o r kt e s t e rs e lv e sa sb o t ht h e g e n e r a t o ra n dt h er e c e i v e re q u i p m e n t i tc a nf r e e l yc r e a t ef r a m es t r e a m s ， f i l lt h ep a y l o a do ff r a m e sa n ds e tt h en u m b e r so ff r a m e s i ta l s oc a n c a p t u r e e r r o rf l a m ef r o mt h er e c e i v e df r a m e s b ys e t t i n gc a p t u r e p a r a m e t e r s d a t ap r o c e s sm o d u l ei sap u r p o s e b u i l tt o o lw h i c ha l l o w su s t oe x a m i n ea n dp r o c e s st h ee r r o rf r a m e sf r o mt h en e t w o r kt e s t e r e r r o r f r a m ei sc o m p a r e dt ot h eo r i g i n a lf r a m eo c t e t b y o c t e ta n di ft h e yd i f f e r , t h el o c a t i o nw i l lb er e c o r d e d t h en u m b e r so fe r r o ro c t e t sa n de r r o r f r a m e sw i l lb ec a l c u l a t e di ne v e r ys e c o n d s p s sa n dm a t l a ba r eu s e d t oa n a l y z et h ed a t ap r o v i d e db yt h ed a t ap r o c e s sm o d u l e ，a n df i n a l l yt h e n e t w o r kp e r f o r m a n c ea n dt h e i rr e l a t i o n s h i p sa r ed i s c u s s e da n da n a l y z e d b ys t a t i s t i c a la n a l y t i c a lm e t h o d ss u c ha st h en o n p a r a m e t r i ce s t i m a t i o n t h i sp a p e rm a i n l yd e s c r i b e sf i v e a s p e c t so ff r a m ee r r o ra n db y t e e r r o r , i n c l u d i n g ：t h ei m p a c t sa n dr e p r e s e n t a t i o nf o r m so ff l a m ee r r o r ，t h e d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ff r a m ee r r o ra n d b y t e e r r o ra n dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ed i s t r i b u t i o n t h ee x t r a - b i tf r a m ea n db i te r r o ra r et h et w om a i nr e a s o n sr e s u l t i n g i nf l a m ee r r o r t h ee x t r a - b i tf l a m ea c c o u n t sd i f f e r e n tp r o p o r t i o ni nt h e w h o l ee r r o rf r a m e sw h e nt h ef l a m el e n g t hi sd i f f e r e n to ri nt h ed i f f e r e n t a t t e n u a t i o nc o n d i t i o n i n c r e a s i n ga t t e n u a t i o ni nt h en e t w o r kb r i n g si n l a r g e rp r o p o r t i o no fe x t r a - b i tf l a m e l o n g e rf l a m el e n g t hi nt h et r a f f i c r e s u l t si nt h el o w e rp r o p o r t i o nt h ee x t r a - b i tf r a m e w ef i n dt h a tr e g a r d l e s s o ft h ee x t r a - b i tf r a m ee f f e c t ，t h ef r a m ee r r o ra n db y t ee r r o ro b e yt h e p o i s s o nd i s t r i b u t i o ni nt h ed i f f e r e n tp a r a m e t e r s f r o mt h er e s e a r c hr e s u l t s ，w ec a n g e tt h ec o n c l u s i o nl i s t e d a s f o l l o w s ： 1 ，b i te r r o ri st h em a i nr e a s o nr e s u l t i n gi nf r a m ee r r o rw h e nt h e n e t w o r ki nt h el o wa t t e n u a t i o n ，w h i l et h ee x t r a b i tf r a m ea n db i te r r o ra r e t h et w om a i nf o r m so ff l a m ee r r o ri nt h eh i g h e ra t t e n u a t i o n 2 ，t h ef r a m ew h i c hi sf i l l e dw i t hd i f f e r e n tb y t e sh a sd i f f e r e n t p r o b a b i l i t yt e n d i n gt ob ee r r o ra tt h es a m ec o n d i t i o n 3 ，t h ef r a m ee r r o ra n db y t ee r r o ro b e yt h ep o i s s o nd i s t r i b u t i o ni nt h e v l o wa t t e n u a t i o n ，w h i l et h ed i s t r i b u t i o no fe r r o rf r a m ea n de r r o rb y t ea r e a f f e c t e db yt h el e n g t ho ft h ef r a m e st r a n s m i t t e di nt h eh i g ha t t e n u a t i o n k e yw o r d s ：f r a m ee r r o r b y t ee r r o r e x t r a - b i tf l a m ed i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s h i g h s p e e da c c e s sn e t w o r k v i 目录 第一章引言1 1 1 接入网发展现状1 1 2 网络性能度量指标3 1 3 本论文研究意义和内容5 1 4 本文文章编排6 第二章理论、工具以及研究方法。8 2 1 错误指标及分布模型8 2 2 1 误码8 2 1 2 误字节9 2 1 3 误帧1 1 2 1 4 丢1 1 1 1 1 2 2 课题研究j 1 ：具1 1 2 2 1 网络测试仪- 认4 0 0 t 1 1 2 2 2 数据处理模块。1 3 2 2 3 其他工具1 4 2 3 统计检验方法1 5 2 3 1 非参数估计。1 6 2 3 2 相关分析1 7 2 3 3 回归分析1 7 2 4 测试平台及方法1 8 2 4 1 测试平台介绍。1 8 2 4 2 课题研究方法1 9 第三章高速接入网络误帧影响因素研究2 1 3 1 误帧影响冈素探讨2 1 3 2 测试平台设置以及数据流的构造2 2 3 2 1 测试平台的设置。2 2 3 2 2 字节值影响因素测试数据流构造2 3 3 2 3 帧长度影响因素测试数据流构造2 4 3 3 误帧的几种表现形式2 4 3 4 帧字节值对于误帧的影响2 5 3 4 1 字节值对误帧的总体影响2 6 3 4 2 错误字节在数据帧内部位置分布2 8 3 5 帧长度对丁误帧数的影响3 l 3 6 本章小结3 3 第四章高速接入网络误帧和误字节率的分布特性及关系研究3 5 4 1 测试环境以及测试数据流配置3 5 4 1 1 测试平台环境配置3 5 v i i 4 1 2 测试数据流构造。3 6 4 2 误码丢包的分布特性3 6 4 3 误码丢包分布特性的讨论与分析3 8 4 4 误码丢包关系研究4 2 4 4 16 4 字节下误码和丢包的关系。4 2 4 4 2 不同数据帧长度下误码与丢包的关系4 5 4 5 本章小结。4 6 第五章结论。4 7 5 1 结论4 7 5 2 课题研究中出现的问题及解决方案4 7 5 3 展望4 9 参考文献5 0 弱【谢5 2 作者攻读学位期间发表的学术论文目录5 3 i i 1 1 接入网发展现状 第一章引言弟一早亏l 舌 随着互联网络的不断发展，新的宽带业务不断不出，尤其是v o l p ( v o i c eo v e r i p ) 、高清视频点播等新兴数字、多媒体业务的出现，宽带通信已经成为电信业 发展的主流方向，不断影响并改变着人们的思维方式及生活、学习和工作的习惯 【l j o 宽带网络体系是建设信息高速公路和实现信息化社会的基础。宽带接入网作 为整个宽带网络中与用户相连的最后一段，是投资比例大、技术复杂、实施困难、 影响面极广的关键部分。随着数据和多媒体等业务的出现和迅速发展，宽带接入 网成为技术研发和市场应用的共同关注点【1 l f 2 l 。 按照物理传输介质不同，宽带接入方式分为有线接入和无线接入两大类1 3 】。 其中，有线接入又分为铜线接入网和光纤接入网两类，主要有数字用户线 ( x d s l ) 、电缆调制解调( c a b l em o d e m ) 、无源光纤网络( p o n ) 、以及电力线 通信( p l c ) 等。无线接入网又分为固定无线接入网和移动无线接入网两类，包 括蜂窝通信、地面微波通信和卫星通信等不同形式。在实际接入网中，有时会用 到多种传输介质，如既用到铜线，又用到光纤，甚至还同时用到无线介质，这样 就形成了混合接入网。 下面对主流的几种宽带技术做个简单介绍。 1 、x d s l 技术 数字用户线( d s l ，d i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p ) 是基于普通电话线的宽带接入 技术，它在同一对铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换 设备，从而减轻了电话交换机的负担。而且无需拨号，一直在线，属于专线上网 方式1 3 】【4 】【6 】。 x d s l 中的“x 代表各种数字用户线技术，如不对称数字用户线( a d s l ， a s y m m e t r i cd i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p ) 、高速数字用户线( h d s l ，h i g h - r a t ed i g i t a l s u b s c r i b e rl o o p ) 和高速不对称数字用户线( v d s l , v e r y - h i g h - b i t - r a t ed i g i t a l s u b s c r i b e rl o o p ) 等。它们的主要区别在于上下行链路的对称性以及传输速率和 有效距离有所不同。 a d s l 是目前众多d s l 技术中较为成熟的一种，a d s l 使用d m t ( d i s c r e t e m u l t i t o n e 离散多音调频) 调制解调技术，在一对电话线上同时传送一路高速下 第1 页 行数据、一路较低速率下行数据、一路模拟电话。各种信号采用频分复用方式占 用不同频段，低频段传送话音，中间窄频段传上行信道数据及控制信息，其余高 频段传下行信道数据、图像或高速数据。其优点是带宽较大、连接简单、投资较 小，因此发展很快，是目f j i 最主流的接入技术。 2 、光纤宽带接入的p o n p o n ( p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k 无源光网络) 1 4 】【5 l 是一种新兴的宽带接入技术 【3 】【4 1 。p o n 技术具有节省光缆资源，宽带资源共享，设备安全性高，建网速度快， 综合建网成本低等优点。 p o n 是点到多点的光纤接入技术，由局侧的光线路终端( o l t ，o p t i c a ll i n e t e r m i n a l ) 、用户侧的光网络单元( o n u ，o p t i c a ln e t w o r ku n i t ) 以及光分配网络 ( o d n ，o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k ) 组成。由于采用“无源”方式，即位于室 外的o d n 不包含有源电子器件及电源，全部由光分路器等无源器件组成，因此， 管理维护的成本较低。p o n 的下行通道采用广播方式，上行通道采用时分多址 ( t d m a ，t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 接入方式，可以灵活地组成树型、星 型、总线型等拓扑结构。目前，e p o n ( e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ，以太 网无源光网络) g e p o n 、g p o n ( g i g a b i t c a p a b l ep o n ，吉比特无源光网络) 是p o n 技术的发展方向。 e p o n j ，g e p o n 主要定位于为用户提供数据业务接入，以商业用户和个人用 户为主。e p o n 是基于千兆以太网的无源光网络技术，继承了以太网的低成本和 易用性以及光网络的高带宽，是当前实现光纤到家庭( f 丌h ，f i b e r t ot h eh o m e ) 众多技术中“性价比”最高的一种。 已经逐步商用化的e p o n 和g p o n 等光接入技术的共同特点是：o l t 和 o n u 之间通过光分路器分配光信号，上下行分别采用t d m a f f d m 技术并且分 别使用不同的固定波长进行数据传输，但在传输距离和分路比等方面都受到了限 制。同时，由于各o n u 获得的上行带宽有限，对于今后h d t v ( h i g h d e f i n i t i o n t v 高清电视) 等高带宽业务需求较难满足。对此，在接入网中引入波分复用技 术( w d m ，w a v e l e n g l hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 是一种很好的选择。 随着w d m 光器件价格的下降，小波数的w d m 技术开始在接入网中应用。 w d m p o n 技术采用o n u 独享上下行波长的方式来传输数据信息，结合了 w d m 波长独享和p o n 树形结构的特点，在传输带宽、用户管理与信息安全、 系统可靠性和可扩容性等方面都具有很大的优势。因此，w d m p o n 技术被视 为其中较有代表性的一种技术。 3 、无处不在的无线宽带接入 随着技术的不断发展，一系列宽带无线接入技术已经走向关键应用领域。但 第2 页 无线接入因为长距离传输的信号衰减、成本、辐射、q o s 、安全脆弱等因素，以 及需求的复杂化使得当前无线技术有多种不同的技术标准，其中具有代表性的有 w i f i 、w i m a x 、u w b 、3 g 技术等l 圳。 w i f i 技术是最先得到广泛部署的高速无线技术。随着各设备厂商和运营商 的努力，以及笔记本电脑的迅速普及应用，w i f i 被广泛应用。其缺点是其应用 范围只在距离无线接入点设备3 0 0 英尺内。另外其缺点是存在安全隐患，因为 w i f i 采用的是射频( r f ，r a d i of r e q u e n c y ) 技术，使用无线电波传输数据信号， 容易受到来自外界的攻击，且在其电波覆盖范围内盗数据容易被盗取。 w i m a x ( w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s 全球微波互联技 术) ，具有代表性的标准是包括8 0 2 1 6 d 的固定无线接入和8 0 2 1 6 e 移动无线接 入标准。从发展趋势上看8 0 2 1 6 d 主要定位于企业用户，提供长距离传输的手 段，而8 0 2 1 6 e 则定位于个人用户，支持在移动状态下接入宽带网络。相比w i f i 技术，w i m a x 可比把信号传递到几英罩之外的地方，且网络速度可以达到 7 0 m b p s 。j 下是这种距离上的差距，可以认为w i f i 解决的是无线局域网的接入问 题，而w i m a x 解决的是无线广域网的问题。 1 2 网络性能度量指标 在接入网的研究中，对于网络运营商来说，在未来宽带用户规模持续增长的 情况下，他们更侧重接入网业务市场管理以及接入服务方面，宽带接入服务产业 的运营模式、产业链的形成、市场定位、盈利模式、合作模式等研究，以应对市 场需求的快速变化。但是，任何网络业务的应用都是基于合理、优化的基础网络 架构，本文重点研究高速接入网络的网络性能。 在诸多接入网方式中，千兆以太网无源光网络( e p o n ) 接入具有较高的访 问速度、简便、价格较低等优点，并且适应我国用户较为集中的特点，具有很大 的发展空间。此外，以太网作为高速率的接入网络，其网络特性具有典型的代表 意义，因此课题将选取千兆以太网接入网络作为本课题研究的测试环境。因此， 后续章节的网络性能研究都基于高速以太网环境。 一般评价一个网络系统性能1 7 儿8 j 好坏的技术包括吞吐量、报文平均延迟时间、 系统的平均响应时问、系统的报文平均队长、最大工作站数、网络吞吐量的最大 距离和可靠性等。从应用系统的设计和网络系统的维护、管理角度来看，用户关 心的技术指标是：网络吞吐率( s ) 、介质利用率( u ) 和延迟时间( d ) 。 目前 在网络工业界( 包括电信和企业网领域) ，已对基于以太网技术的局域网系统所 第3 页 需测试的基本性能指标达成了广泛的共识，主要包括2 方面的测试内容1 8 】： 1 、通过主动流量发送来测试网络的极限性能指标，包括系统连通性、链路 传输速率、吞吐率、传输时延、丢包率等，以验证网络在各种流量负载和极限情 况下，是否能达到基本性能设计要求。 ( 1 ) 系统连通性，表示所有联网的终端都应按使用要求全部连通。 ( 2 ) 链路传输速率，指设备间通过网络传输数字信息的速率。1 0 m b s 以太 网的单向最大传输速率应达到1 0m b m1 0 0m b s 以太网的单向最大传输速率应 达到1 0 0m b s ；10 0 0m b s 以太网的单向最大传输速率应达到10 0 0m b s 。 ( 3 ) 吞吐率，是指空载网络在没有丢包的情况下，被测网络链路所能达到 的最大数据包转发速率。吞吐率测试须按照不同的帧长度( 包括6 4 b ，1 2 8 b ，2 5 6 b ， 5 1 2 b ，1 0 2 4 b ，1 2 8 0 b ，1 5 1 8 b ) 分别进行测量。 ( 4 ) 传输时延，是指数据包从发送端口( 地址) 到目的端口( 地址) 所经 历的时间。通常传输时延与传输距离、经过的设备和带宽的利用率有关。在网络 正常的情况下，传输时延应不影响各种业务( 如视频点播、v o i p 、高速上网) 的 使用。考虑到发送端测试工具和接收端测试工具实现精确时钟同步的复杂性，传 输时延一般通过环回方式进行测量，单向传输时延为往返时延除以2 。 ( 5 ) 丢包率，是由网络性能问题造成部分数据包无法被转发的比例。在进 行丢包率测试时，须按照不同的帧长度分别进行测量。 2 、通过被动监测的方式来测量以太网链路层的各项健康状况指标，包括链 路利用率、错误率及各类错误、广播率组播率、冲突( 碰撞) 率等，以验证网 络在现有流量情况下，在数据链路层上是否存在故障和潜在的问题。 ( 1 ) 链路利用率，指网络链路上实际传送的数据吞吐率与该链路所能支持 的最大物理带宽之比。链路的利用率包括最大利用率和平均利用率。最大利用率 的值同测试统计采样间隔有一定的关系，采样间隔越短，越能反映出网络流量的 突发特性，最大利用率的值就越大。 ( 2 ) 错误率及各类错误，指网络中所产生的各类错误帧占总数据帧的比率。 常见的以太网错误类型包括长帧、短帧、有f c s ( f r a m ec h e c ks e q u e n c e ) 错误 的帧、超长错误帧、欠长帧、帧对齐差错帧。 ( 3 ) 广播帧和组播帧，广播帧是指目的m a c 地址是0 x f f - f f f f f f f f - f f 的数据帧。由于网络中的所有节点都会对广播帧进行处理，过多的广播帧会占用 所有节点的c p u 资源，因此由过量广播帧形成的广播风暴是造成网络( 主机) 性能下降的主要原因。组播帧指目的m a c 地址的第1 个字节是奇数的数据帧。 同广播帧类似，属于同一个组的所有成员节点都须处理组播帧，因此，组播帧过 多同样会造成网络性能下降。通常情况下，组播帧的发生率要比广播帧少。 第4 页 b ，馐培、东朴于同一网段的2 个站点如果同时发送以太网数据 1 3 本论文研究意义和内容 戮。黧慧黧葛舞震然嚣毒 的应用程冀篓絮篓篓黧霉戮蕊? 高萎磊磊墓产生的篓文 使用三烹。黧震篓殳嚣鬻宅et c p 竺i p 淼糯也就苎球 段或者用三篓笔篓慧凳翟谳，数据链路磊i 二交下来的伊 据报。网络层将数据报送到数据链路层后教珊诡聆厥刚们上胁一。 数据报组装成帧，每个帧包括数据和必要的控制信息( 如同步信息、地址信息、 差错控制以及流量控制信息等) ，帧的数据部分由独立的字节组成。物理层将数 据链路层的数据帧以每个字节为单位进行8 b 1 0 b 编码，通过物理媒体透明的传 输比特流。 在出错率性能评价上，对于网络层及网络层以上通常采用丢包率来描述，但 是丢包率通常指的是网络层m 数据包的丢包率。在过去人们对于丢包的研究侧 重于高层的丢包检测，丢包处理，丢包原因探索等。 人们通常采用误码率来描述物理层的错误率。在误码的研究中，人们侧重于 误码的监测以及监测方法，误码的定位，误码扩散，误码率的估算等。 数据链路层的错误率描述通常采用误帧率或者误字节率来描述l l o l 。 从定性的角度来看，物理层的某个码元出错，直接导致二层数据帧相对应的 字节出错，继而导致该数据帧出错，当然字节错误并不是唯一的因素引发数据帧 出错。而数据帧的出错，在不考虑数据链路层差错控制情况下，数据帧的出错直 接导致高层的i p 数据包的出错丢弃。 因此，研究数据链路层的错误率性能，尤其是误帧与误字节，对于研究数据 帧、物理层误码和网络层丢包三者的定量关系【1 】【l l 】，有着非常重要的意义。 论文在之前的研究基础上重点研究数据链路层的错误率性能和各类错误，主 要研究内容包括以下几个方面： l 、以太网误帧的表现形式，也即错误类型； 2 、以太网误字节的特性以及对误帧的影响； 3 、影响误帧的几种因素，以及各种因素对于误帧的影响情况【2 0 1 ； 4 、误帧与误字节的分布特性，以及他们之间的关系。 1 4 本文文章编排 论文第二章主要介绍课题研究过程中用到的理论依据、工具使用以及研究方 法等，主要分为以下三方面： 1 、介绍误码和丢包等指标的基本知识，重点介绍误码的分布模型； 2 、课题研究过程中使用到的工具以及理论依据介绍； 3 、论文研究的测试平台以及研究方法。 论文第三章描述误帧和误字节的表现形式、引起误字节和误帧的多种因素， 以及各种因素对于它们的影响，重点研究填充的字节值和数据帧长度对于误帧的 影响，分别从定性和定量方面说明。 第6 页 论文第四章主要描述数据链路层几种误帧表现形式的分布特性，误帧和误字 节的总体分布特性以及他们之间的关系，并且介绍了不同长度的数据帧其误帧分 布特性。 论文第五章介绍论文研究得出的结论，以及测试验证过程中困难和不足。 第7 页 第二章理论、工具以及研究方法 2 1 错误指标及分布模型 在网络性能的错误率指标中，主要有四个概念，分别是：误码、误字节、误 帧【1 2 1 、丢包。 2 2 1 误码 信码在传输过程中，由于信道不理想以及噪声的于扰，以致在接收端判决再 生后的码元可能出现错误，这叫误码1 1 3 1 1 1 4 】。误码的多少用误码率来衡量，误码 率是数字通信系统中单位时间内错误码元数与发送总码元数之比。在二进制数字 通信中，误码率等于误比特率( b i te r r o rr a t e ) 。也就是误码率等于单位时间内错 误的比特数与发送的总比特数之比。 为了描述误码分布，曾经提出过好几种数学分布公式，也就是误码分布模型。 但是在c c i t r 研究工作中，用得比较多的是简单p o i s s o n 分御和复合p o i s s o n 分 布。实验证明，这两种分布在不同的场合下都可以用来描述误码分布，但是都有 一定的局限性。 ( 1 ) 简单p o i s s o n 分布 假定：在时间域上误码事件独立，且具有恒定的长期平均误码率( p c ) ，则 比特速率为b 的二进制序列在时间瓦时间内出现n 个误码的概率为： p ( n ) ：( b t o p c ) e _ b 砒 n ! 式( 2 - 1 ) ( 2 ) 复合p o i s s o n 分布 假定：每个比特发生突发误码的概率是常数，这个数值可用在t o 时间间隔 内误码突发次数的长期平均值( m ) 来近似表示；而每次测量时间间隔t o 上的 误码平均数m ，= b t o p , ，每次突发出现的误码数的平均值记作( m ：) ，每次突发 出现的误码数服从p o i s s o n 分布。则在t o 时间内刚好出现n 个误码的概率为： 即，= 告1e 嘶，扩告 加彩 第8 页 式中：z = m l e 州2 m i m 2 = b r o b 一比特速率 瓦测量积分时间 昂长期平均误码率 这种分布也称为n e y m a n 的a 型传染病分布。这种原始的复合p o i s s o n 分布 表达式不方便使用，更改表达形式后为： p ( n + 1 ) = 丽m i r a 2e x p ( - m z ) 羹争。叫 式3 ) 该式就是复合p o i s s o n 分布的一般应用公式。即在平均误码率为的情况下， 速率为b 的码流在持续不时间内出现n 个误码的概率。 a t t 公司于1 9 8 2 年得出结论：简单的p o i s s o n 分布模型或者复合p o i s s o n 分 布模型都不能完全适用于描述时变系统的误码分布；对于复合p o i s s o n 分布模型 而言，企图寻找具有代表性的单一的突发指数值大概是不可能的。 尽管如此，这两种数学模型还是能够基本上描述实际误码分布状况。简单 p o i s s o n 分布模型作为表达误码分布边界是相当好的；如果根据广泛的实验数据 求出突发指数的数学期望值( m ，) ，那么利用复合p o i s s o n 分布模型还是最佳地 描述实际误码分布的。 2 1 2 误字节 存在突发误码时、用单个误码参数不能很好地表征一个数字连接的误码损伤