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xDSL线路承载数据效率计算文档密级xDSL线路承载数据效率计算1 概述xDSL线路承载数据的单位分为ATM信元和以太网帧两种。如果是以太网帧，则帧的payload就是PPP Frame或者IP packet，UA中VDSL中线路上传输的就是以太网帧。如果是ATM信元，则数据的封装相对比较复杂，其有效载荷则根据不同的封装方式而变化，由于ATM承载方式必须先进行AAL5封装，而AAL5封装的效率跟被封装的数据报的长度紧密相关，所以应用层数据包的长度也是影响封装效率的一个变量。实际测试xDSL的线路性能时有两种测试方法，一种就是直接使用测试仪器测试，此时为了计算方便，可以选择较简单的封装格式，线路性能很容易计算，一种就是在没有测试仪器的情况下，大多使用软件工具来测试，不同的软件工具计算速率的对象不同，为了简便起见，以IP packet作为最终有效净荷计算线路承载效率。UA中ADSL和g.SHDSL用ATM信元来承载数据。2 计算公式下面分析几种典型的接入应用方式线路上以IP packet为有效载荷的承载效率。2.1 IPOA在IPOA方式下，MODEM相当于一个路由器，当网口收到以太网帧时，MODEM去掉帧头和FCS，剩下就是帧的Payload部分，一般情况下整个IP Packet。然后对IP Packet进行1483R(LLC Encapsulation for Routed Protocols)类型的封装。再把1483R帧封装到CPCS-PDU中，最后切成48bytes的cell payload封装到ATM cell中。IPOA方式下协议栈如下图所示：图1 IPOA方式下协议栈示意图参考示例：Cell Header: 0h 0/150 0 0 CFhHeader Bytes: 00 00 09 60 CFCell Payload: AA AA 03 00 00 00 08 00 45 00 00 50 00 00 00 00 3F 04 B7 2D C0 A8 01 71 01 01 01 63 EF 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Payload Decoded Information: AAL 5 PDU AAL 5 Position = FIRSTEvents: Cell Header: 0h 0/150 1 0 C1hHeader Bytes: 00 00 09 62 C1Cell Payload: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 EF 00 00 00 58 D1 C6 AF 9C Payload Decoded Information: AAL 5 PDU AAL 5 Position = LAST CPCS-UU = 0 CPI = 0 Length = 88 CRC-32 = D1C6AF9ChEvents: None分析一下IP packet在IPOA方式下的封装情况，1483R类型封装添加3byte LLC Encapsulation，这里就是0xAAAA03，3bytes的OUI(Organizationally Unique Identifier)，这里是0x000000，然后就是2bytes的PID，值为0x0800，这里借用Ethernet中的类型，在Ethernet frame中0x0800表示IP packet。因此其封装Overhead共16(8+8)bytes。现在可以计算IPOA方式下的线路承载效率。假设IP Packet的长度为L，则传送这个Packet需要的信元个数为：(L+16)/48，或者(L+16)/48+1，前者用于(L+16)整除48时，后者用于不整除48时。表1 IPOA方式下以IP为净荷的承载效率IP Packet的长度(byte)效率3232/53=0.6048080/106=0.75515201520/1696=0.896(效率最高值)以上packet长度使CPCS-PDU不需要PAD，不管IP Packek有多长，效率总小于48/53=0.9063333/106=0.311(效率最低值)8181/159=0.51100100/159=0.629250250/318=0.786400400/477=0.839550550/636=0.865700700/795=0.881850850/1007=0.84410001000/1166=0.85811501150/1325=0.86813001300/1484=0.87614501450/1643=0.883当以SMB测试IPOA方式下的线路效率时，假设以定长帧发送，假设帧长为L(包含4bytes的FCS)，SMB上测试到的最大不丢包速率为R bytes/s，由于IPOA方式下MODEM会去掉以太网的封装，因此线路实际速率计算需要稍作变换。帧长为L的以太网帧到modem之后完整传送需要的信元个数是：(L-18+16)/48+1，或者(L-18+16)/48，后者用于(L-18+16)整除48时，前者用于不整除时。18为14bytes帧头加上4bytes的FCS。表2 IPOA方式下线路实际承载速率Frame Length(bytes，including crc)Rate(bytes/s)64R*106/6498R*106/98100R*159/100200R*265/200300R*371/300400R*477/400500R*583/500600R*689/600700R*795/700800R*901/8001000R*1113/10001200R*1325/12001300R*1484/13001500R*1696/15001516R*1696/15162.2 IPOEOA方式这种承载方式先把IP包封装到传统的EthernetII的Payload中，然后在ethernet frame前面添加LLC Encapsulation，然后就是把经过封装的1483B帧作为CPCS-PDU的Payload中，一般在把EthernetII的帧封装到AAL5的过程中，ADSL MODEM会把ethernetII frame的FCS去掉，ATM层再把CPCS-PDU切成48字节的ATM Cell的Payload。IPOEOA方式下协议栈如下图所示：图2 IPOEOA方式下协议栈示意图参考示例：Cell Header: 0h 0/106 0 0 42hHeader Bytes: 00 00 06 A0 42Cell Payload: AA AA 03 00 80 C2 00 07 00 00 00 B0 D0 BC AB 75 00 00 00 00 00 0B 08 00 45 00 00 40 00 00 00 00 40 04 F6 88 C0 A8 01 70 C0 A8 01 71 EF EF 00 00 Payload Decoded Information: AAL 5 PDU AAL 5 Position = FIRSTEvents: Cell Header: 0h 0/106 1 0 4ChHeader Bytes: 00 00 06 A2 4CCell Payload: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 EF EF 00 00 00 58 CE 78 7F 05 Payload Decoded Information: AAL 5 PDU AAL 5 Position = LAST CPCS-UU = 0 CPI = 0 Length = 88 CRC-32 = CE787F05hEvents: None分析一下IP Packet的封装情况，IP包从45开始到000000EFEF结束，共64bytes，前面有14个字节的EthernetII Frame header，6bytes的DA，6bytes的SA，2bytes的type，LLC Encapsulation包括LLC 3bytes，OUI 3bytes，PID 2bytes，PAD 2bytes，LLC封装共10bytes，CPCS-PDU中包括8bytes的CPCS-PDU Trailer，其中CPCS-UU 1byte，CPI 1byte，Length 2bytes，CRC 4bytes。这样，如果以IP Packet为净荷进行分析，则可以发现封装过程共添加了14+10+8byte。注意这里CPCS-PDU没有进行填充，当CPCS-PDU不是48字节的长度时，需要进行填充到48字节的整数倍。这样很容易计算出这种封装方式的效率：假设IP packet长度为L bytes，则传送这个Packet的信元个数为(L+32)/48+1，或者(L+32)/48，后者用于L+32刚好是48的整数倍时，前者用于非整数倍情形。表3 IPOAOE方式下以IP为净荷的承载效率IP Packet的长度(byte)效率6464/106=0.6112112/159=0.715041504/1696=0.887 (效率最高值)以上packet长度使CPCS-PDU不需要PAD，不管IP Packek有多长，效率总小于48/53=0.9064646/106=0.4346565/159=0.409(效率最低值)113113/212=0.533150150/212=0.708200200/265=0.755400400/477=0.84600600/742=0.81800800/954=0.8410001000/1166=0.85812001200/1378=0.8715001500/1696=0.884如果是以测试仪器测试线路性能，一般使用SMB，使用网口向MODEM发送数据，接收可以使用ATM卡，或者其它类型接口。为了简便可以使用简单的ethernetII frame作为发送数据单位。假设帧长为L，不包含4bytes的crc，则需要信元个数为：(L+18)/48+1，或者(L+18)/48，后者用于L+18整除48时，前者用于不整除时。在各种不同情况下的线路效率计算可以参考上面的表，在此不再赘述。2.3 PPPOEOA方式这种承载方式先需要拨号，建立主机和BAS之间的PPP连接，建立成功之后通过PPP的packet传送IP packet。封装过程是这样的，IP packet作为NCP(Network Control Protocol，PPP的一种)包的净荷部分，前面只增加type字段。然后NCP的包作为PPPOE的Payload封装到PPPOE里面，然后就是整个PPPOE作为ethernet的payload封装到frame里，剩下来的封装过程跟IPOEOA完全相同。此时协议栈如下图所示：图3 PPPOEOA方式下协议栈示意图参考示例：Cell Header: 0h 0/107 0 0 32hHeader Bytes: 00 00 06 B0 32Cell Payload: AA AA 03 00 80 C2 00 07 00 00 00 B0 D0 BC AB 75 00 E0 4C 3C 1E 45 88 64 11 00 00 03 00 3E 00 21 45 00 00 3C C3 17 00 00 20 01 53 58 C0 A8 01 03 Payload Decoded Information: AAL 5 PDU AAL 5 Position = FIRSTEvents: Cell Header: 0h 0/107 0 0 32hHeader Bytes: 00 00 06 B0 32Cell Payload: C0 A8 01 FE 08 00 44 65 01 00 07 F7 61 62 63 64 65 66 67 68 69 6A 6B 6C 6D 6E 6F 70 71 72 73 74 75 76 77 61 62 63 64 65 66 67 68 69 09 05 00 00 Payload Decoded Information: AAL 5 PDU AAL 5 Position = MIDDLEEvents: NoneCell Header: 0h 0/107 1 0 3ChHeader Bytes: 00 00 06 B2 3CCell Payload: 09 05 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 5C 8A 4B C3 1F Payload Decoded Information: AAL 5 PDU AAL 5 Position = LAST CPCS-UU = 0 CPI = 0 Length = 92 CRC-32 = 8A4BC31FhEvents: None这三个信元的payload部分首尾连接构成完整的CPCS-PDU，其中有效payload 92bytes，PAD部分共44bytes，加上8bytes的CPCS-PDU Trailer，计144bytes。下面分析这92bytes的payload，IP header从0x4500003C开始，到0x676869结束。在IP header前面先封装2字节的protocol字段，0x0021表示IP协议，再前面就是6bytes的PPPOE header，PPPOE header前面是14bytes的Ethernet frame头部，最前面是10bytes的LLC header(3bytes encapsulation+3bytes oui+ 2bytes PID +2bytes PAD)。这里IP packet长度为60bytes，开销部分共计2614108(cpcs-pdu trailer)=40bytes。表4 IPOAOE方式下以IP为净荷的承载效率Length of IP packet(bytes)承载效率5656/106=0.528104104/159=0.654152152/212=0.717488488/583=0.83711601160/1325=0.87514481448/1643=0.88(效率最高值)以上packet长度使CPCS-PDU不需要PAD，不管IP Packek有多长，效率总小于48/53=0.9065858/159=0.365(效率最低值)6060/159=0.377160160/265=0.604260260/371=0.701360360/477=0.755460460/583=0.79560560/689=0.813660660/795=0.83860860/1007=0.85410601060/1219=0.8712601260/1484=0.8514601460/1696=0.8612.4 PPPOA方式当MODEM配置成这种方式时，PPP连接建立在MODEM和BAS之间，需要在MODEM上配置用户和密码，由MODEM完成拨号并建立PPP连接，由BAS给MODEM分配WAN IP地址，MODEM此时成为连接两个网段的Router。这种封装格式先把IP Packet封装到PPP帧(也就是IPCP帧)中，然后把这个IP帧当作Routed NLPID-formatted PDU封装到CPCS-PDU里面。最后把这个CPCS-PDU当作ATM CELL的payload封装到ATM CELL里面。PPPOA方式下协议栈示意图如下：图4 PPPOA方式下协议栈示意图参考示例：Cell Header: 0h 0/151 0 0 BFhHeader Bytes: 00 00 09 70 BFCell Payload: FE FE 03 CF 00 21 45 00 00 3C 2B 73 00 00 1F 01 6B C8 01 01 01 22 01 01 01 63 08 00 20 6E 02 00 2A EE 61 62 63 64 65 66 67 68 69 6A 6B 6C 6D 6E Payload Decoded Information: AAL 5 PDU AAL 5 Position = FIRSTEvents: Cell Header: 0h 0/151 1 0 B1hHeader Bytes: 00 00 09 72 B1Cell Payload: 6F 70 71 72 73 74 75 76 77 61 62 63 64 65 66 67 68 69 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 42 11 4B 0D 3F Payload Decoded Information: AAL 5 PDU AAL 5 Position = LAST CPCS-UU = 0 CPI = 0 Length = 66 CRC-32 = 114B0D3FhEvents: None分析这两个信元的payload部分得出如下结果，payload的有效部分为66bytes，pad有22bytes，最后是8bytes的CPCS-PDU Trailer。再分析Payload的有效部分，IP Packet的长度为60个字节，IP Header的前面是2bytes的PPP帧的Protocol Identifier，再前面是1483R的LLC header和NLPID，0xCF表示PPP帧，共4bytes。因此CPCS-PDU的overhead共计：312814bytes。表5 PPPOA方式下以IP为Payload的承载效率IP Packet长度承载效率3434/53=0.648282/106=0.77130130/159=0.818178178/212=0.8414741474/1643=0.897(效率