10G以太网速率计算

产品名称Product name密级Confidentiality levelNE40E&80E内部公开产品版本Product versionTotal 9 pages 共9页10G以太网速率计算(仅供内部使用）For internal use only拟制:Prepared by陈伟日期：Date2008-2-28审核:Reviewed by日期：Date审核:Reviewed by日期：Date批准:Granted by日期：Date华为技术有限公司Huawei Technologies Co., Ltd.版权所有 侵权必究All rights reserved修订记录Revision record日期Date修订版本Revision version修改描述change Description作者Author2008-2-281.00初稿完成陈伟目录1测试仪发包速率51.1LAN接口51.2WAN接口62从数据接口带宽上看73从转发查找性能上看：84线速转发常见问题94.1查找性能问题94.2水线设置问题910G以太网速率计算关键词Key words：10G以太网 PHY 线速 XAUI SPI4摘 要Abstract：本文介绍了10G以太网接口从测试仪上看到的速率的含义，接口板对10G以太网线速转发的支持，以及测试性能时遇到的典型问题。缩略语清单List of abbreviations：Abbreviations缩略语Full spelling 英文全名Chinese explanation 中文解释LANlocal area network 局域网WANwide area network 广域网XAUI10 Gigabit Ethernet Attachment Unit Interface10G以太网连接单元接口SPI4System Packet InterfaceIPGInter-Packet Gap 帧间隔我们知道10G以太网LAN速率是10.3215Gbps,WAN速率是9.95328Gbps。这其中会有一些开销，那实际净荷是多少呢？接口带宽是否能满足线速转发需求？先从测试仪看起：1 测试仪发包速率从测试仪上能看到，在10G线速打流量的时候，实际发包速率达不到10G，这是怎么回事呢？为了便于下面的计算，先看一下以太帧的结构：根据Ethernet的CSMA/CD的工作原理，报文在发送之前，要先侦听一段时间(IPG Inter-Packet Gap 帧间隔)，如果在这段时间内线路空闲，则可以发送；以太网帧前有8个字节的前导码，其中7个字节为AA用于与接收端同步；第8个字节为AB，用于定界，标明从现在开始后面的内容真正的是以太网帧了。串行数据流一般要进行8B/10B编码，64B/66B编码。编码的主要功能如下：（1）确保在接收器恢复时钟时有充足的信号转换（2）编码空间允许将控制信号编码到数据流中（3）能够纠错（4）某些编码（用于控制信号）包含一个唯一的、易识别的代码位模式（类似于句子中的逗号），它有助于快速同步和接收器位对齐（5）直流补偿1.1 LAN接口LAN接口速率10.3125Gbit/s。当设置100%带宽时，测试仪显示链路速率是10Gbit/s，这是没有经过64/66B编码时的速率。而此时测试仪显示的10Gbit/s是包括以太帧、前导码、帧间隔的。64/66B编码开销：64/6610.3125G*64/66=10G当测试仪线速发送64字节以太报文时，测试仪的实际发送速率是纯以太帧的速率7.618987119Gb/s，不包括前导码、IPG。当测试仪线速发送9618字节以太报文时，测试仪的实际发送速率是纯以太帧的速率9.979164710Gb/s，不包括前导码、IPG。1.2 WAN接口WAN接口速率9.95328G bit/s。当设置100%带宽时，测试仪显示链路速率是9.294196G bit/s（包括以太帧、前导码、帧间隔），是没有经过64/66B编码、没有算SDH开销时的速率。SDH开销：26/2764/66B编码开销：64/669.95328G*26/27*64/66=9.294196G当测试仪线速发送64字节以太报文时，测试仪的实际发送速率是纯以太帧的速率7.081294496Gb/s，不包括前导码、IPG。PIC端口速率统计，和测试仪发送统计是一致的： Last 10 seconds input rate: 7074457688 bits/sec, 13817300 packets/sec Last 10 seconds output rate: 7074457760 bits/sec, 13817300 packets/sec当测试仪线速发送9618字节以太报文时，测试仪的实际发送速率是纯以太帧的速率9.274905241Gb/s，不包括前导码、IPG。测试仪中的Datagram bit rate和Line bit rate的意义分别是：IP净荷46字节，以太帧64字节。Datagram bit rate : 19531250*46*8=7187500000bits/s 纯IP净荷的速率Line bit rate : 19531250*64*8=10000000000bits/s 纯以太帧净荷的速率下面从数据接口和查找转发两个方面分别说明是怎样实现10G以太网转发的：PICTM以某LPU板为例，LPU板结构如下：交换网NP2NP1PICTM2 从数据接口带宽上看PIC上是PHY芯片，主要有PHY-XS，PCS，WIS，PMA层，对外接口是XAUI和XFI。XFI接口流量带宽是10.3125Gb/s，经过PMA层串并转换，进入PCS层，经过66B/64B解码，带宽变成10.3125Gb/s*64/66=10Gb/s。进入PHY-XS层，经过8B/10B编码，带宽变成10Gb/s*10/8=12.5Gb/s，再进行并串转换，分成4组差分线，每组差分线带宽12.5G/4=3.125Gb/s。PIC通过XAUI接口和NP1连接，NP1芯片内部集成MAC。NP1和NP2之间通过SPI4接口连接，在接口上传输IP净荷。SPI4接口时钟频率390MHz，该接口带宽是390*2*16=12.48Gb/s。SPI4接口每个burst 128字节，两次burst之间有16bit的控制字，属于开销，所以该接口的实际净荷带宽是12.48*128/130=12.288Gb/s。 NP2和TM之间的接口是SPI4接口，时钟频率360MHz，接口带宽是360*2*16=11.52Gb/s，实际净荷带宽是11.52*128/130=11.34Gb/s。TM和交换网之间是serdes接口，去掉开销以后能满足10G IP净荷传输。3 从转发查找性能上看：NP1转发性能：30Mpps，支持2个子卡，每个子卡15Mpps。测试仪按照以太网最小包长线速打流量，包速率是10G/(64+8+12)/8=14.88Mpps。NP2转发性能：30Mpps，支持2个子卡，每个子卡15Mpps。从查找转发带宽上看，是可以支持10G以太网线速的。4 线速转发常见问题4.1 查找性能问题在上面介绍的LPU板上，能插2个子卡。当分别插12*GE卡和10G LAN卡时，分别打流量，12*GE卡12个端口一共10G流量，64字节报文，查找ACL表转发。10G LAN卡打10G流量，64字节报文，查找FIB表转发。发现这时10G LAN卡即使打3G左右的流量，12*GE卡还是有丢包。原因：NP2要查上行ACL表，NP2与其他查找模块配合时查找延时比较大，会影响NP2线速性能。另外，由于NP2不支持查找乱序，因此IP转发的线速性能也会受查ACL影响，性能也降到63.16%。该问题主要体现在短包上，速率一定的情况下包越短包速率越大。NP转发是基于包转发的，所以短包更能体现NP查找的性能。4.2 水线设置问题在较早的版本上，10LAN子卡长包不能线速。开始解决的办法是修改帧间隔，将帧间隔由12字节改成11字节，修改后长包能线速。但是后来发现这不是问题的根本原因，根本原因是NP1的下行buffer设置不正确。该buffer 支持16个逻辑端口，出问题时buffer的水线是按照16个端口设置的，这样每个端口分得的buffer很小，水线就会设置成