上行速率对下行速率的影响20120427

1上行速率对下行速率的影响分析凌云志⒈束栋２．（1．南京电信分公司；２．江苏电信分公司）摘要：通过网络实际用户体验及实验测试各种上行速率和下行速率的组合，分析上行速率设置对常用的网络应用的影响，并找出各种下行速率需要配置的最小上行速率。关键词：上行速率；下行速率；测试；影响；Abstract:Throughtheactualnetworkuserexperienceandtestvariousuplinkanddownlinkrateratecombination,analysistheup-linkratesettingoncommonnetworkapplicationeffect,findoutallsortsofdownlinkrateneedstobeconfiguredminimumuplinkrate.Key:Uplinkrate；Downlinkrate；test；Influence；０引言随着用户宽带提速的发展，宽带用户带宽在不断提升。ADSL接入方式由原有的2M低速逐步提高到8M，12M甚至20M。部分具备条件的区域由原有的ADSL接入方式大量更新成光纤接入方式。ADSL接入方式受接入原理的影响，上行速率设置不能超过1M，光纤接入方式上行带宽的设置不再受原ADSL接入方式不对称影响，不但下行速率可以提高到100M以上，且上、下行速率可达一致。但考虑到与原有ADSL接入用户的一致性，现运营商对提速后的用户上行带宽设置仍延续ADSL接入方式下的策略。日常情况下用户只注意下行的速率需求，很少考虑上行限速的影响，实际上网过程中，上行速率的设置过小是否会对用户的日常应用产生影响，日常应用中到底需要多大的上行带宽，此问题值得探讨。１基本概念上行速率和下行速率：上行速率是指用户电脑向网络发送信息时的数据传输速率，下行速率是指网络向用户电脑发送信息时的传输速率。比如，用FTP方式上传文件到网2上去，其上传文件的速度就是“上行速率”；而从网站上下载文件，其下载文件的速度就是“下行速率”。1.1信息单位在计算机科学中，bit是表示信息的最小单位，叫做二进制位；一般用0和1表示。Byte叫做字节，由8个位（8bit）组成一个字节(1Byte)，用于表示计算机中的一个字符。Byte与bit之间可以进行换算，其换算关系为：1Byte=8bit（或简写为：1B=8b）；在实际应用中一般用简称，即1bit简写为1b(小写英文字母b)，1Byte简写为1B（大写英文字母B）。在计算机网络或者是网络运营中，宽带速率的单位用bps(或b/s)表示；bps表示每秒比特，即表示每秒钟传输多少位信息，是bitpersecond的缩写。在实际所说的1M带宽的意思是1Mbps（是每秒兆比特Mbps，不是每秒兆字节MBps）。换算公式如下：1B=8b，1B/s=8b/s(或1Bps=8bps)1KB=1024B，1KB/s=1024B/s1MB=1024KB，1MB/s=1024KB/s在我们实际上网应用中，下载软件时常常看到诸如下载速度显示为128KBps（KB/s），103KB/s等等宽带速率大小字样，因为ISP提供的线路带宽使用的单位是比特bps，而一般下载软件显示的是字节Bps，所以要通过换算(乘以8)，才能得出ISP提供线路带宽的标准值。如下载速度显示为128KBps（KB/s）＝128*8Kbps（Kb/s）＝1024Kbps（Kb/s），即ISP提供的线路带宽为1M。1.2接入方式目前常用的几种接入方式：1、XDSLxDSL系列包括IDSL（ISDN数字用户环路）、HDSL（利用两对线双向对称传输2Mb/s的高速数字用户环路）、SDSL（单线对双向对称传输2Mb/s的数字用户环路，传输距离比HDSL稍短）、VDSL（甚高速数字用户环路）等，在我国家庭中应用的主要是ADSL。ADSL是目前xDSL中最常用的一种技术。它是非对称数字用户环路技术的英文简称。它充分利用了现有固定电话网的电缆资源，可以在不影响正常电话通信的情况下，通过一条电话线，同时实现电话通信、数据业务互不干扰的传送方式。ADSL接入只需在普通3电话线上加语音分离器和ADSLMODEM，电脑加上网卡即可使用，安装十分简单。现网中采用ADSL2+技术的“超级ADSL”，ADSL2+理论最大下行速率24Mbps，上行1Mbps。VDSL（Very-high-bit-rateDigitalSubscriberloop）甚高速数字用户环路，简单地说，VDSL就是ADSL的快速版本。使用VDSL，短距离内的最大下传速率可达55Mbps，上传速率可达19.2Mbps，甚至更高（不同厂家的芯片组，支持的速度不同。同一厂家的芯片组，使用的频段不同，提供的速度也不同。）。2、CableModem接入CableModem接入是指利用CableModem（线缆调制解调器）将电脑接入有线电视网络，实现网络操作，包括Internet接入。目前提供CableModem接入的是广电系统，利用有线电视网来实现上网，可以提供理论上上行8M、下行30M的接入速率。3、LAN以太网宽带接入（FTTx+LAN）是一种光纤加双绞线的宽带接入方式。它将光纤直接接入小区和大楼，然后通过双绞线与各用户的终端相连，为广大用户提供高速上网和其他宽带数据服务。VLAN支持100M以下不同速率的流量。。4、光纤专线接入光纤接入是指局端与用户之间完全以光纤作为传输媒体。光纤接入可以分为有源光接入和无源光接入。光纤接入的最大带宽是由局端接入设备端口确定，目前的光纤网络接入带宽一般为1G。2实验测试考虑用户提速后多采用光纤接入，为减少线路环境对网络的影响，在实验室采用光纤接入进行测试。通过宽带网络，对100M下行接入带宽设置从256K开始到100M的上行速率，测试不同的上行速率组合下各种测速方法所得下行速率，对测试结构进行比较。2．1实验室环境1.FTTA光纤到户接入，光纤PON上行接入终端，OLT端口速率设置成下行带宽设置成保障100M最大突发10M，radius限速100M最大突发10M，取上下行速率均相同设置确认从测试网站测试速率能达到100M，360测速和迅雷下载姐姐100M，确定网络接入接入环境正常，排除网络层影响。2.将radius限速上行速率从256K开始逐步进行增大，寻找增大到与上行100M速率4测试出速率相同的需求数值。3.测试常用应用：speedtest网站测速、360测速、迅雷从固定网站下载测试。4.每种应用测试10次，增加取样，减少偏差。在各种速率设置下测试出各种应用的结果（数据为10次测试结果的平均值，单位为b）见表1。表1下行上行测速网站测试出速率360测速测试出速率迅雷下载速率100M256K16.90M13.52M27.27M512K66.63M23.20M67.10M1M91.91M49.12M77.09M2M104.55M86.40M88.90M3M105.32M82.32M92.55M4M104.51M92.00M92.41M5M105.30M92.00M92.07M100M105.07M92.00M92.33MOLT接入端口流量提取发现，上下行均设置为100M时speedtest网站测速、360测速、迅雷下载峰值速率情况见表2、表3、表4、表5。表2speedtest网站测速5表3360测速6表4迅雷下载表5最高上下行速率7速率speedtest网站测速360测速迅雷下载上行峰值速率2.48M6.08M3.07M下行峰值速率93.9393.24M94.02M2．2实验室环境由测试结果可见，100M下行接入用户如需在测速网站上得到稳定的100M速率，上行速率至少要设置成2M，如需360测速测试得到稳定的100M速率，，上行速率至少要设置成4M，如需迅雷下载测试得到稳定的100M速率，上行速率至少要设置成3M。3原因分析抓包分析，此三种网络应用使用时大部分上传包为ACK包。TCP/IP规定，每一个封包，都需要有acknowledge讯息的回传，也就是说，传输的资料，需要有一个收到资料的讯息回复，才能决定后面的传输速度，并决定是否重新传输遗失的资料。上行的带宽一部分就是用来传输这些acknowledge(确认)资料的，当上行负载过大的时候，上传队列拥塞时，确认数据无法发出，就会影响acknowledge资料的传送速度，并进而影响到下载速度。迅雷、BT之类的进程开的并发连接数很多，用的包也是最大的，太多的线程会导致队列的拥塞，所以发送请求的次数就少了，造成下行的数据会变小，产生网速慢问题。上传和下载数据的大小比例由TcpAckFrequency来调整，当进行speedtest网站测速时，PC与网站间包传输情况见图1。图1PC与网站间包传输情况8常见操作系统Windows7/XP环境下，TcpAckFrequency默认为2，即下行方向（Server至PC）每传输两个TCP数据包，上行方向（PC至Server）会传输一个TCPAck数据包。在以太网中，一般一个数据帧最大1500byte，最小46byte。在这些数据前后分别加上14byte以太网帧头、用于容错的4byte校正位，这样就组成一个数据帧，然后在数据帧之前再加上8byte的链接码。即便连续传输数据帧，在数据帧之间也必定会有一个被称为帧间隔的最小限度时间间隔，相当于12byte的间隔。也就是说如要在以太网中传输1500byte的数据，那么就要发送1500+14+4+8+12=1538byte；同理，如果发送46byte的数据，那么要发送46+14+4+8+12=84byte。因此在默认TCP应用环境下，上下行传输数据理论比例为：84/（1538+1538）=2.73%即为保证TCP应用100Mbps的下行速率，上行理论速率至少会达到2.73Mbps。此处选择下行数据帧为最长数据帧1500而上行数据包为最小包进行测算，由于包的可变长度，实际上传可能会比2.73%大。360测速在测试初期需对个站点与PC的连接速率进行侦测，需要的上传速率更大，迅雷开启时可能作为源提供下载，也会占用上行带宽。实验室测试过程中360测速因为需在测速前期寻找离测试机器最近的网络测试站点，寻找过程中需要的交互报文更多，故前期需要的上行带宽更大。迅雷下载测试此次测试是在一固定的网络服务器上提供源下载，PC不提供下载的源功能，故没有前期的文件源寻找过程，需要的上行带宽不大，实际网络下载过程中由于需寻找网络下载源且PC本身是其他下载点的文件源，需要的上行带宽会更大。4结论测试常用的speedtest网站测速、360测速工具测速、迅雷下载三种应用，结合理论数据研究，确定如需不影响下行速率感知，上行速率设置必须大于下行速率的3%，特别是在高带宽设置下，要注意上下行速率的比例，避免由于上行速率设置过低造成下行速率不达标感知。9参考文献：［１］EthernetV2(ARPA)［２］《WindowsServer2008TCP／IP协议和服务参考手册》［３］……作者简介：姓名，性别，毕业大学，现在单位，从事专业；……凌云志（LingYunzhi,），女，1976年生，籍贯：湖南，南京电信分公司（ChinaTelecomNanjingBranch），主要研究方向：宽带网络通讯技术；束栋（ShuDong），男，1978年生，1999年毕业于东南大学，现就职于江苏电信分公司（ChinaTelecomCorporationLimitedJiangsubranch），从事专业：IP网络规划及维护；