2024年3月10日发(作者：郏静秀)
泰尔测试………………………・
ＶＴ１ｒＬ Ｔｅｓｔ
１ ０Ｇ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
卿瑾
工业和信息化部通信计量中心高级工程师
摘要：ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．３ａｅ一２００２中提出了两种不同
１ １０Ｇ以太网帧发送速率控制机制概
的ｌＯＧ以太网帧发送速率控制机制：插入空闲比
述
特、维持ＤＩＣ（Ｄｅ６ｔｉｔ Ｉｄｌｅ Ｃｏｕｎｔ）。本文通过建立
实验模型。测试两种控常４机制下ｌＯＧＥ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 Ｅｔｈｅｍｅｔ，简称１０ＧＥ）接口在ＩＥＥＥ
区剐及其影响ｌＯＧＥ接口帧速率的规律。
Ｓｔｄ ８０２．３ａｅＴＭ一２００２（后文简称８０２．３ａｅ）标准中规范，规
关键词：１ＯＧ以太网，帧发送速率，ＤＩＣ
范的主要内容是定义了１０ＧＥ接口的物理层特性及架
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．３ａｅ－２００２，ｔｗｏ ｍｅｃｈａ－
构。
ｎｉｓｍｓ啦ｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｆｌａｍｅ ｔｒａｎｓｍｉｓ－
传统的ＩＯ／ＩＯ０／ＩＯ００Ｍ以太网接口都是单通道结
ｓｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｏｆ １０Ｇ Ｅｔｈｅｍｅｔ：ｉｎｓｅｒｔ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｉｄｌｅ
构，而１０ＧＥ接口是四通道（４ Ｌａｎｅ）结构，这种特殊结构
ｃｈａｒａｅｔｅ１＂８ ａｎｄ ｍａｉｎｔａｉｎ ａ Ｄｅｆｉｃｉｔ Ｉｄｌｅ Ｃｏｕｎｔ（ＤＩＣ）．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｍｅ，ａ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｔｏ Ｉｅｓｔ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ
使得１０ＧＥ接口与传统的１０／１００／１０００Ｍ以太网接口在
ｔｒａｎｓｍｉｔ ｓｐｅｅｄ ｏｆ １０ＧＥ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｕｎｄｅｒ ｔ｝ｌｅ ｔｗｏ
帧发送速率控制机制上有所区别。图１是８０２．３ａｅ中定
ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ—ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，Ｂ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ
义的１０ＧＥ帧的起始控制字节（Ｓｔａｒｔ）、前导码
ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｅｅ ｏｆ ｔｗｏ ｍ．ｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ
ｅｆｆｅｃｔｓ ｔｏ ＩＯＧＥ ｆｒａｍｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ａｒｅ ｃｏｎ－
（“１０１０１０１０”）和帧起始定界符（“１０１０１０１１”）在四通道
ｃｌｕｄｅｄ
结构中的位置。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌ０Ｇ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ，ｔａｍｅ ｔｒａｎｓｍ ｓｓｉｏｎ
Ｌａｎｅ０ Ｌａｎｅ１ Ｌａｎｅ２ Ｌａｎｅ３
ｓｐｅｅｄ，Ｄｅｆｉｃｉｔ Ｉｄｌｅ ＣＯＵｎｔ
Ｓｔａｒｔ １０ｌＯｌＯ１０ １ＯｌＯｌＯｌＯ １０１０ｌＯ１Ｏ
１０ｌ０ｌ０ｌＯ ｌＯ１０ｌ０ｌＯ ｌＯ１０１Ｏ１０ ｌＯｌＯｌＯｌ１
图１ １ＯＧＥ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 Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ），即每一帧的起始控制字节
“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
固Ｌ竺兰 ， １…，…… 一…………～…一 ……
…………………。
Ｍ ＧＹｏｆＴＥＬＥｃ ＮｌｃＡＴｌ０Ｎｓ
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捕述
均来自作者对８０２．３ａｅ标准中相关内容的翻译）。
机制１：插入空闲比特
表１两种不同控制机制下１０ＧＥ接口帧发送速率测试结果
测试帧长 理论帧发送速率 机制ｌ下帧发送 机制２ １＝帧发送
（字节）
６４
（ＦＰｇ）
１４ ８８０ ９５２
速率（ＦＰ５）
１４ ８８１ ０１４
速率（ＦＰＳ）
１４ ８８１ ０１４
６５
６６
１４ ７０５ ８８２
１４ ５３４ ８８４
１４ ２０４ ６０７
１ ４ ２０４ ６０７
１４ ７０５ ９５１
１４ ５３４ ９５２
在这种机制下ＩＯＧＥ接口的速率可能会受到增
加的空闲比特影响而降低。
机制２：维持Ｄｅｆｉｃｉｔ Ｉｄｌｅ Ｃｏｕｎｔ（ＤＩＣ）
ＤＩＣ指的是ＩＯＧＥ接口在发包过程中累计插入
或删除的空闲字节数，若插入空闲字节则ＤＩＣ减
少，若删除空闲字节则ＤＩＣ增加。通过维持ＤＩＣ的
值在０至３之间来决定插入或删除相应的空闲字
节。在这种机制下ＩＯＧＥ接口发送速率不会受到影
响
２ １０ＧＥ接口速率测试实验
为了测试ＩＯＧＥ接口的帧发送速率，我们建立
了如图２所示的测试环境。其中网络性能测试仪表
的Ｐ１接口是ＩＯＧＥ接口，单位是帧／秒（Ｆｒａｍｅ ｐｅｒ
Ｓｅｃｏｎｄ，简称ＦＰＳ）。
｝网络性能测试仪｝ — 协议分析仪｝
图２测试环境
分别配置网络性能测试仪ＩＯＧＥ接口发送帧的
控制机制为插入空闲比特和维持ＤＩＣ，协议分析仪
依次测试帧长为６４—７２字节、１ ５０８—１ ５１８字节时
１０ＧＥ接口的线速发送速率，结果见表１。
通过表１可以看到在机制２下ＩＯＧＥ接口的帧
速率与理论帧速率非常接近，只是由于网络性能测
试仪自身精度的原因，导致与理论速率有一点偏差。
８０２．３ａｅ中规定ＩＯＧＥ的传输速率偏移率应不高
于±１００ ｐｐｍ，计算可知实验中机制２下的帧速率是
落在标准规定的正常范围内。机制１下的ＩＯＧＥ接
口发送速率则与理论速率差别较大，其变化规律是
是每四个连续字节维持在一个值，然后跳变到另一
个值；并且当测试帧长为４的整数倍时测试速率与
理论速率非常接近。
６７ １４ ３６７ ８１６ １４ ２０４ ６０７ １４ ３６７ ８８３
６８ １４ ２０４ ５４５ １４ ２０４ ６０７ １４ ２０４ ６１１
６９ １４ ０４４ ９４４ １３ ５８７ Ｏ１ ７ １４ ０４５ ００８
ｊ ７０ １３ ８８８ ８８９ ｌ３ ５８７ ０１ ７ １ ３ ８８８ ９５３
ｌ７１ １３ ７３６ ２６４ １ ３ ５８７ ０１ ７ １３ ７３６ ３２６
７２ １３ ５８６ ９５７ ｌ３ ５８７ ０１ ７ １３ ５８７ ０１７
１ ５０８ ８１８ ０６３ ８１８ ０６９ ８１８ ０６９
１ ５０９ ８１ ７ ５２８ ８１ ５ ９３３ ８１ ７５３４
１ ５１Ｏ ８１６ ９９３ ８１５ ９３３ ８１６ ９９９
１ ５１ １ ８１６ ４６０ ８１ ５ ９３３ ８１６ ４６６
ｌ ５１２ ８１ ５ ９２７ ８１ ５ ９３３ ８１５ ９３３
１ ５１３ ８１ ５ ３９５ ８１３ ８０８ ８１５ ４０１
１ ５１４ ８１４ ８６３ ８１ ３ ８０８ ８１４ ８６９
１ ５ｌ ５ ８１４ ３３２ ８ｌ３ ８０８ ８１４ ３３８
ｌ ５ｌ６ ８１３ ８０２ ８ｌ３ ８Ｏ８ ８１ ３ ８０８
ｌ ５ｌ ７ ８１３ ２７３ ８１１６９４ ８１３ ２７９
ｌ ５１８ ８ｌ ２ ７４４ ８ｌ ｌ ６９４ ８ｌ２ ７５０
３测试结果分析
下面结合８０２．３ａｅ标准对两种控制机制下
１０ ＧＥ帧发送速率的测试结果进行分析。
以太网帧发送速率遵循公式（１）。
ＦＰＳ：一
ｒ８＋ＦｒａｍｅＳｉｚｅ＋ＩＦＧ）×８
ｆ１）
、～
其中ＦｒａｍｅＳｉｚｅ为帧长；ＩＦＧ为帧问隙。
当ＩＦＧ等于１２时，以太网接口的帧速率达到理
论的最大值，第２节表１中的理论帧速率就是取
ＩＦＧ＝１２字节时计算得出的。
以帧长为６５字节的ＩＯＧＥ帧为例进行分析，机
制１和机制２下前２个ＩＯＧＥ帧的帧结构示如图３
所示。
从图３（ａ）可以看出，机制１处理每一个１０ ＧＥ
帧时，ＩＦＧ总会在默认的１２字节ＩＦＧ之前加３个字
节的空闲ＩＦＧ，以确保引导码中的“Ｓｔ ｒｔ”字节与
ＬａｎｅＯ对齐。由此我们得知帧长为６５字节时，机制１
， 一
０ １譬７玛第７骝
皇竺塑ｉ重
泰尔溯试………………………・
ＶＴ１ｒＬ Ｔｅｓｔ
处理１０ＧＥ帧的ＩＦＧ为ｌ５
Ｌｉｎｅ（Ｊ Ｌａｎｅ１ Ｌａｎｅ２ Ｌａｎｅ３ Ｌａｎｅ（）ＬａＪｏｅ１ Ｌ１ｈｅ２ Ｌａｎｅ３
Ｓｔａｒｔ １０１ＯＩＯ１０ ｌ０ｔ（１１ｏ｜（１ ｌ【）１《｝１【】１Ｉ）
ＳｔＩｌｒｃ 】ｆ）１０１Ｏｌ０ １０１ｆ）１０１ｆ Ｊ ｌｆＩｌ０ｔＯＩｆＩ
字节，而不是理论上的ｌ２
１ｆ）Ｉｆ Ｊ１ｆＪ，ｆ） ｌｆｌＩ＿ｆ０ｌ０１ｆ１ １０ｌｌ｝１【】Ｊ（Ｊ ｌｆｌＩｆｌ１ｆＩ１１
１ＩＩｔｎ１０ｌ（｝ １Ｉ）１０１０ｌＩ ｌ ｌＩ）１０１Ｏｌｌ｝ １０１０１Ｉｌ１
Ｆｒａｌｊｏ￣＂ ＦｒａＪ｜ｌｅ ＦｒａＩｔｌｅ Ｆｒ，＇ｌｌｌｌｔ＂
字节，导致了机制１下帧长
『１ Ｆｒａｍｅ Ｆｎｍｌｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ
Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｔｕｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｊｏ＇ｔｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ
为６５字节时，发送速率小
Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｌｙａｌｌｌｅ Ｆｒａｍｅ
Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｌｊｏ￣
Ｆｎｍｃ ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ
Ｆ￣ａｍｅ ＩＢＧ ＪＦｌＧ ＪＦＧ
于理论帧速率。
ｌＦＧ ＴＦ（； ｆＦＧ ｌＦ（； ＩＦＣ； ＩＦ（ ＩＦ（ ＩＦＧ
ｌＦＧ ＩＦ（； ＩＦ（； ｌＦＧ
再看图３（ｈ）中机制２
ＩＦＧ ＩＦ（ ＩＦＧ ＩＦＧ
ｌＦＧ Ｉｆ：（； ｌＦＧ ｌＦＧ
ｒＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ
处理ｌ０ＧＥ帧的过程。机
Ｓｔａｒｔ １Ｉ）１【ｌ１ＩＩ１（１ １（１ｌＩｌ１（）１（） ｌ１）１Ｉｌｌ【ｌＩ【ｌ Ｓｔａｒｔ “ｌ…１ｆｌ“Ｉ １ｆＩｌ０１０１０ ｌｆ｝１（）ｌ¨ｌ（】
ｆ（¨｛¨ｉ１１ｌ１ １【１１（１ＩＩｌＩＩＩ ｌＩ｝１ｆｌ１ｆ】１ｆｌ ｌｌＩ１（｝１ｌＩ１ｌ
１Ｉｌ１【）１《ｌ１１） １Ｉ１１ｏＩＩｌｌ０ １（Ｊ１Ｉ）１０１０ １０１（１ｌ『】Ｉ１
制２对第一帧的处理与机
Ｆｒａｍｅ Ｆ ｎ１ｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ ／
Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｌｌｌｅ Ｆｒａｎｌｅ Ｆｒａｍｅ
ｈ－ａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｒｉｌｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｌｎｅ
制１一样，在默认的ＩＦＧ之
Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ
Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ
Ｆｒａｍｅ 上ＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ Ｆｆａｍｅ Ⅱ；Ｇｌ Ｚ
前增加了３个字节的ＩＦＧ，
ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦ（
ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦ（
ＩＦＧ １ＦＧ ＩＦＧ ｌＦ（； ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ
以保证“Ｓｔａｒｔ”字节与Ｌａｎｅ０
ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ ｌＦＧ
Ｓｔａｆｔ １０ｌ０ｆ１）１０ １ｎ１０１０１０ ｌ０１Ｏｌ０ｌ０
对齐。但是，机制２从第二
Ｓｔａｒｔ １０１０１ｆ）１０ Ｉ ｒ）ｌＯｌＯｌｌ１ Ｉ（Ｈｆｌ１０１【）
１（）１Ｏｌ０１０ １ｎ１Ｏｌ０１０ １０１０１０１０ １０１０１０１ １
１０１（）１０１０ １０１（）１ｆ】１（Ｊ １０１０１０１【】 １０１０１Ｏｌ ｌ
帧起处理方式与机制１有
所不同。处理完第一帧后，
（ａ）机制１：插入空闲比
（ｂ）机制２：维持ＤＩＣ
ＤＩＣ设为３，为了降低ＤＩＣ，
图３机制１和机制２处理帧的区别
第二帧中减少了４个字节的ＩＦＧ，ＩＦＧ降为ｌｌ字
表２两种机制下每四帧的ＩＦＧ变化规律袭
节，同时ＤＩＣ降为２。同样，在第三帧和第四帧中
帧长 机制１下的ＩＦＧ 机制２下的ＩＦＧ
ＩＦＧ也降为Ｉ１字节，到第四帧时ＤＩＣ就降为０了。
（ ∈［１６。３７９３） （字节） （字节）
前四帧中ＩＦＧ分别为：１５字节、１１字节、１１字节、１１
４Ｎ １２—１２—１２—１２ １２—１２－１２—１２
字节，其平均值为１２字节，保证了机制２处理ＩＯＧＥ
４＾『十１ １ ５一ｌ ５—１５一ｌ５ １５—１１—１１—１１
４／ ２ １４—１４—１４—１４ １４—１０一ｌ４—１０
帧与理论的帧发送速率基本一致。
４卅３ １３—１３一ｌ３—１３ １３－９－１３—１３
通过进一步分析，两种机制下帧长与每四帧的
ＩＦＧ变化规律总结如表２所示。
结果及其产生原因进行了分析。两种控制机制下
表２直观的显示了两种机制处理１０ＧＥ帧的区
１０ＧＥ接口发送帧的帧间隙（ＩＦＧ）及速率的变化规
别。机制１处理相同帧长的ＩＯＧＥ帧时，ＩＦＧ的取值
律为：当帧长不变时，采用“插入空闲比特”机制处理
是ｌ２、ｌ３、ｌ４、ｌ５字节中的一个，是固定不变的，这就
１０ＧＥ帧，ＩＦＧ是恒定不变的，同时１０ＧＥ接口的帧
导致了帧长不是４的整数倍时，使用机制１发送
发送速率是随着帧长变化４字节跳变一次，在帧长
１０ＧＥ帧时达不到理论的最大帧速率；而机制２处理
不为４的整数倍时，帧发送速率小于理论速率；采用
相同帧长的１０ＧＥ帧时，ＩＦＧ的取值是有变化的，但
“维持ＤＩＣ”机制发送１０ＧＥ帧时，ＩＦＧ是不断变化
是每四帧的ＩＦＧ平均值是１２字节。这样保证了在使
的，维持ＤＩＣ不断接近０，确保ＩＦＧ平均为１２字节，
用机制２发送１０ＧＥ帧时，无论帧长是否为４的整
帧发送速率与理论速率基本一致。
数倍，都可以使ＩＦＧ平均为１２字节，从而确保
根据分析得到的结论：在测试具备１０ＧＥ接口
ＩＯＧＥ接口可以达到理论的最大帧速率。
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
４总结和启示
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
本文根据８０２．３ａｅ规范的两种帧发送控制机
持ＤＩＣ”。 圃
制，对１０ＧＥ帧发送速率进行了测试实验，并对测试
ａ 墼 一………
2024年3月10日发(作者：郏静秀)
泰尔测试………………………・
ＶＴ１ｒＬ Ｔｅｓｔ
１ ０Ｇ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
卿瑾
工业和信息化部通信计量中心高级工程师
摘要：ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．３ａｅ一２００２中提出了两种不同
１ １０Ｇ以太网帧发送速率控制机制概
的ｌＯＧ以太网帧发送速率控制机制：插入空闲比
述
特、维持ＤＩＣ（Ｄｅ６ｔｉｔ Ｉｄｌｅ Ｃｏｕｎｔ）。本文通过建立
实验模型。测试两种控常４机制下ｌＯＧＥ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 Ｅｔｈｅｍｅｔ，简称１０ＧＥ）接口在ＩＥＥＥ
区剐及其影响ｌＯＧＥ接口帧速率的规律。
Ｓｔｄ ８０２．３ａｅＴＭ一２００２（后文简称８０２．３ａｅ）标准中规范，规
关键词：１ＯＧ以太网，帧发送速率，ＤＩＣ
范的主要内容是定义了１０ＧＥ接口的物理层特性及架
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．３ａｅ－２００２，ｔｗｏ ｍｅｃｈａ－
构。
ｎｉｓｍｓ啦ｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｆｌａｍｅ ｔｒａｎｓｍｉｓ－
传统的ＩＯ／ＩＯ０／ＩＯ００Ｍ以太网接口都是单通道结
ｓｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｏｆ １０Ｇ Ｅｔｈｅｍｅｔ：ｉｎｓｅｒｔ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｉｄｌｅ
构，而１０ＧＥ接口是四通道（４ Ｌａｎｅ）结构，这种特殊结构
ｃｈａｒａｅｔｅ１＂８ ａｎｄ ｍａｉｎｔａｉｎ ａ Ｄｅｆｉｃｉｔ Ｉｄｌｅ Ｃｏｕｎｔ（ＤＩＣ）．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｍｅ，ａ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｔｏ Ｉｅｓｔ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ
使得１０ＧＥ接口与传统的１０／１００／１０００Ｍ以太网接口在
ｔｒａｎｓｍｉｔ ｓｐｅｅｄ ｏｆ １０ＧＥ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｕｎｄｅｒ ｔ｝ｌｅ ｔｗｏ
帧发送速率控制机制上有所区别。图１是８０２．３ａｅ中定
ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ—ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，Ｂ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ
义的１０ＧＥ帧的起始控制字节（Ｓｔａｒｔ）、前导码
ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｅｅ ｏｆ ｔｗｏ ｍ．ｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ
ｅｆｆｅｃｔｓ ｔｏ ＩＯＧＥ ｆｒａｍｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ａｒｅ ｃｏｎ－
（“１０１０１０１０”）和帧起始定界符（“１０１０１０１１”）在四通道
ｃｌｕｄｅｄ
结构中的位置。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌ０Ｇ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ，ｔａｍｅ ｔｒａｎｓｍ ｓｓｉｏｎ
Ｌａｎｅ０ Ｌａｎｅ１ Ｌａｎｅ２ Ｌａｎｅ３
ｓｐｅｅｄ，Ｄｅｆｉｃｉｔ Ｉｄｌｅ ＣＯＵｎｔ
Ｓｔａｒｔ １０ｌＯｌＯ１０ １ＯｌＯｌＯｌＯ １０１０ｌＯ１Ｏ
１０ｌ０ｌ０ｌＯ ｌＯ１０ｌ０ｌＯ ｌＯ１０１Ｏ１０ ｌＯｌＯｌＯｌ１
图１ １ＯＧＥ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 Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ），即每一帧的起始控制字节
“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
固Ｌ竺兰 ， １…，…… 一…………～…一 ……
…………………。
Ｍ ＧＹｏｆＴＥＬＥｃ ＮｌｃＡＴｌ０Ｎｓ
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捕述
均来自作者对８０２．３ａｅ标准中相关内容的翻译）。
机制１：插入空闲比特
表１两种不同控制机制下１０ＧＥ接口帧发送速率测试结果
测试帧长 理论帧发送速率 机制ｌ下帧发送 机制２ １＝帧发送
（字节）
６４
（ＦＰｇ）
１４ ８８０ ９５２
速率（ＦＰ５）
１４ ８８１ ０１４
速率（ＦＰＳ）
１４ ８８１ ０１４
６５
６６
１４ ７０５ ８８２
１４ ５３４ ８８４
１４ ２０４ ６０７
１ ４ ２０４ ６０７
１４ ７０５ ９５１
１４ ５３４ ９５２
在这种机制下ＩＯＧＥ接口的速率可能会受到增
加的空闲比特影响而降低。
机制２：维持Ｄｅｆｉｃｉｔ Ｉｄｌｅ Ｃｏｕｎｔ（ＤＩＣ）
ＤＩＣ指的是ＩＯＧＥ接口在发包过程中累计插入
或删除的空闲字节数，若插入空闲字节则ＤＩＣ减
少，若删除空闲字节则ＤＩＣ增加。通过维持ＤＩＣ的
值在０至３之间来决定插入或删除相应的空闲字
节。在这种机制下ＩＯＧＥ接口发送速率不会受到影
响
２ １０ＧＥ接口速率测试实验
为了测试ＩＯＧＥ接口的帧发送速率，我们建立
了如图２所示的测试环境。其中网络性能测试仪表
的Ｐ１接口是ＩＯＧＥ接口，单位是帧／秒（Ｆｒａｍｅ ｐｅｒ
Ｓｅｃｏｎｄ，简称ＦＰＳ）。
｝网络性能测试仪｝ — 协议分析仪｝
图２测试环境
分别配置网络性能测试仪ＩＯＧＥ接口发送帧的
控制机制为插入空闲比特和维持ＤＩＣ，协议分析仪
依次测试帧长为６４—７２字节、１ ５０８—１ ５１８字节时
１０ＧＥ接口的线速发送速率，结果见表１。
通过表１可以看到在机制２下ＩＯＧＥ接口的帧
速率与理论帧速率非常接近，只是由于网络性能测
试仪自身精度的原因，导致与理论速率有一点偏差。
８０２．３ａｅ中规定ＩＯＧＥ的传输速率偏移率应不高
于±１００ ｐｐｍ，计算可知实验中机制２下的帧速率是
落在标准规定的正常范围内。机制１下的ＩＯＧＥ接
口发送速率则与理论速率差别较大，其变化规律是
是每四个连续字节维持在一个值，然后跳变到另一
个值；并且当测试帧长为４的整数倍时测试速率与
理论速率非常接近。
６７ １４ ３６７ ８１６ １４ ２０４ ６０７ １４ ３６７ ８８３
６８ １４ ２０４ ５４５ １４ ２０４ ６０７ １４ ２０４ ６１１
６９ １４ ０４４ ９４４ １３ ５８７ Ｏ１ ７ １４ ０４５ ００８
ｊ ７０ １３ ８８８ ８８９ ｌ３ ５８７ ０１ ７ １ ３ ８８８ ９５３
ｌ７１ １３ ７３６ ２６４ １ ３ ５８７ ０１ ７ １３ ７３６ ３２６
７２ １３ ５８６ ９５７ ｌ３ ５８７ ０１ ７ １３ ５８７ ０１７
１ ５０８ ８１８ ０６３ ８１８ ０６９ ８１８ ０６９
１ ５０９ ８１ ７ ５２８ ８１ ５ ９３３ ８１ ７５３４
１ ５１Ｏ ８１６ ９９３ ８１５ ９３３ ８１６ ９９９
１ ５１ １ ８１６ ４６０ ８１ ５ ９３３ ８１６ ４６６
ｌ ５１２ ８１ ５ ９２７ ８１ ５ ９３３ ８１５ ９３３
１ ５１３ ８１ ５ ３９５ ８１３ ８０８ ８１５ ４０１
１ ５１４ ８１４ ８６３ ８１ ３ ８０８ ８１４ ８６９
１ ５ｌ ５ ８１４ ３３２ ８ｌ３ ８０８ ８１４ ３３８
ｌ ５ｌ６ ８１３ ８０２ ８ｌ３ ８Ｏ８ ８１ ３ ８０８
ｌ ５ｌ ７ ８１３ ２７３ ８１１６９４ ８１３ ２７９
ｌ ５１８ ８ｌ ２ ７４４ ８ｌ ｌ ６９４ ８ｌ２ ７５０
３测试结果分析
下面结合８０２．３ａｅ标准对两种控制机制下
１０ ＧＥ帧发送速率的测试结果进行分析。
以太网帧发送速率遵循公式（１）。
ＦＰＳ：一
ｒ８＋ＦｒａｍｅＳｉｚｅ＋ＩＦＧ）×８
ｆ１）
、～
其中ＦｒａｍｅＳｉｚｅ为帧长；ＩＦＧ为帧问隙。
当ＩＦＧ等于１２时，以太网接口的帧速率达到理
论的最大值，第２节表１中的理论帧速率就是取
ＩＦＧ＝１２字节时计算得出的。
以帧长为６５字节的ＩＯＧＥ帧为例进行分析，机
制１和机制２下前２个ＩＯＧＥ帧的帧结构示如图３
所示。
从图３（ａ）可以看出，机制１处理每一个１０ ＧＥ
帧时，ＩＦＧ总会在默认的１２字节ＩＦＧ之前加３个字
节的空闲ＩＦＧ，以确保引导码中的“Ｓｔ ｒｔ”字节与
ＬａｎｅＯ对齐。由此我们得知帧长为６５字节时，机制１
， 一
０ １譬７玛第７骝
皇竺塑ｉ重
泰尔溯试………………………・
ＶＴ１ｒＬ Ｔｅｓｔ
处理１０ＧＥ帧的ＩＦＧ为ｌ５
Ｌｉｎｅ（Ｊ Ｌａｎｅ１ Ｌａｎｅ２ Ｌａｎｅ３ Ｌａｎｅ（）ＬａＪｏｅ１ Ｌ１ｈｅ２ Ｌａｎｅ３
Ｓｔａｒｔ １０１ＯＩＯ１０ ｌ０ｔ（１１ｏ｜（１ ｌ【）１《｝１【】１Ｉ）
ＳｔＩｌｒｃ 】ｆ）１０１Ｏｌ０ １０１ｆ）１０１ｆ Ｊ ｌｆＩｌ０ｔＯＩｆＩ
字节，而不是理论上的ｌ２
１ｆ）Ｉｆ Ｊ１ｆＪ，ｆ） ｌｆｌＩ＿ｆ０ｌ０１ｆ１ １０ｌｌ｝１【】Ｊ（Ｊ ｌｆｌＩｆｌ１ｆＩ１１
１ＩＩｔｎ１０ｌ（｝ １Ｉ）１０１０ｌＩ ｌ ｌＩ）１０１Ｏｌｌ｝ １０１０１Ｉｌ１
Ｆｒａｌｊｏ￣＂ ＦｒａＪ｜ｌｅ ＦｒａＩｔｌｅ Ｆｒ，＇ｌｌｌｌｔ＂
字节，导致了机制１下帧长
『１ Ｆｒａｍｅ Ｆｎｍｌｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ
Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｔｕｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｊｏ＇ｔｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ
为６５字节时，发送速率小
Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｌｙａｌｌｌｅ Ｆｒａｍｅ
Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｌｊｏ￣
Ｆｎｍｃ ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ
Ｆ￣ａｍｅ ＩＢＧ ＪＦｌＧ ＪＦＧ
于理论帧速率。
ｌＦＧ ＴＦ（； ｆＦＧ ｌＦ（； ＩＦＣ； ＩＦ（ ＩＦ（ ＩＦＧ
ｌＦＧ ＩＦ（； ＩＦ（； ｌＦＧ
再看图３（ｈ）中机制２
ＩＦＧ ＩＦ（ ＩＦＧ ＩＦＧ
ｌＦＧ Ｉｆ：（； ｌＦＧ ｌＦＧ
ｒＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ
处理ｌ０ＧＥ帧的过程。机
Ｓｔａｒｔ １Ｉ）１【ｌ１ＩＩ１（１ １（１ｌＩｌ１（）１（） ｌ１）１Ｉｌｌ【ｌＩ【ｌ Ｓｔａｒｔ “ｌ…１ｆｌ“Ｉ １ｆＩｌ０１０１０ ｌｆ｝１（）ｌ¨ｌ（】
ｆ（¨｛¨ｉ１１ｌ１ １【１１（１ＩＩｌＩＩＩ ｌＩ｝１ｆｌ１ｆ】１ｆｌ ｌｌＩ１（｝１ｌＩ１ｌ
１Ｉｌ１【）１《ｌ１１） １Ｉ１１ｏＩＩｌｌ０ １（Ｊ１Ｉ）１０１０ １０１（１ｌ『】Ｉ１
制２对第一帧的处理与机
Ｆｒａｍｅ Ｆ ｎ１ｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ ／
Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｌｌｌｅ Ｆｒａｎｌｅ Ｆｒａｍｅ
ｈ－ａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｒｉｌｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｌｎｅ
制１一样，在默认的ＩＦＧ之
Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ
Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒａｍｅ
Ｆｒａｍｅ 上ＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ Ｆｆａｍｅ Ⅱ；Ｇｌ Ｚ
前增加了３个字节的ＩＦＧ，
ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦ（
ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦ（
ＩＦＧ １ＦＧ ＩＦＧ ｌＦ（； ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ
以保证“Ｓｔａｒｔ”字节与Ｌａｎｅ０
ＩＦＧ ＩＦＧ ＩＦＧ ｌＦＧ
Ｓｔａｆｔ １０ｌ０ｆ１）１０ １ｎ１０１０１０ ｌ０１Ｏｌ０ｌ０
对齐。但是，机制２从第二
Ｓｔａｒｔ １０１０１ｆ）１０ Ｉ ｒ）ｌＯｌＯｌｌ１ Ｉ（Ｈｆｌ１０１【）
１（）１Ｏｌ０１０ １ｎ１Ｏｌ０１０ １０１０１０１０ １０１０１０１ １
１０１（）１０１０ １０１（）１ｆ】１（Ｊ １０１０１０１【】 １０１０１Ｏｌ ｌ
帧起处理方式与机制１有
所不同。处理完第一帧后，
（ａ）机制１：插入空闲比
（ｂ）机制２：维持ＤＩＣ
ＤＩＣ设为３，为了降低ＤＩＣ，
图３机制１和机制２处理帧的区别
第二帧中减少了４个字节的ＩＦＧ，ＩＦＧ降为ｌｌ字
表２两种机制下每四帧的ＩＦＧ变化规律袭
节，同时ＤＩＣ降为２。同样，在第三帧和第四帧中
帧长 机制１下的ＩＦＧ 机制２下的ＩＦＧ
ＩＦＧ也降为Ｉ１字节，到第四帧时ＤＩＣ就降为０了。
（ ∈［１６。３７９３） （字节） （字节）
前四帧中ＩＦＧ分别为：１５字节、１１字节、１１字节、１１
４Ｎ １２—１２—１２—１２ １２—１２－１２—１２
字节，其平均值为１２字节，保证了机制２处理ＩＯＧＥ
４＾『十１ １ ５一ｌ ５—１５一ｌ５ １５—１１—１１—１１
４／ ２ １４—１４—１４—１４ １４—１０一ｌ４—１０
帧与理论的帧发送速率基本一致。
４卅３ １３—１３一ｌ３—１３ １３－９－１３—１３
通过进一步分析，两种机制下帧长与每四帧的
ＩＦＧ变化规律总结如表２所示。
结果及其产生原因进行了分析。两种控制机制下
表２直观的显示了两种机制处理１０ＧＥ帧的区
１０ＧＥ接口发送帧的帧间隙（ＩＦＧ）及速率的变化规
别。机制１处理相同帧长的ＩＯＧＥ帧时，ＩＦＧ的取值
律为：当帧长不变时，采用“插入空闲比特”机制处理
是ｌ２、ｌ３、ｌ４、ｌ５字节中的一个，是固定不变的，这就
１０ＧＥ帧，ＩＦＧ是恒定不变的，同时１０ＧＥ接口的帧
导致了帧长不是４的整数倍时，使用机制１发送
发送速率是随着帧长变化４字节跳变一次，在帧长
１０ＧＥ帧时达不到理论的最大帧速率；而机制２处理
不为４的整数倍时，帧发送速率小于理论速率；采用
相同帧长的１０ＧＥ帧时，ＩＦＧ的取值是有变化的，但
“维持ＤＩＣ”机制发送１０ＧＥ帧时，ＩＦＧ是不断变化
是每四帧的ＩＦＧ平均值是１２字节。这样保证了在使
的，维持ＤＩＣ不断接近０，确保ＩＦＧ平均为１２字节，
用机制２发送１０ＧＥ帧时，无论帧长是否为４的整
帧发送速率与理论速率基本一致。
数倍，都可以使ＩＦＧ平均为１２字节，从而确保
根据分析得到的结论：在测试具备１０ＧＥ接口
ＩＯＧＥ接口可以达到理论的最大帧速率。
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
４总结和启示
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
本文根据８０２．３ａｅ规范的两种帧发送控制机
持ＤＩＣ”。 圃
制，对１０ＧＥ帧发送速率进行了测试实验，并对测试
ａ 墼 一………