众所周知，千兆以太网标识的传输速度是，那么在实际传输的过程中，能够达到的最大传输速度又是多少呢？这篇文章结合理论计算及实际测试告诉你答案。

计算器

　　这里提供一个计算器来方便计算各网络情况下的速度：

预备知识

数据长度单位

• 计数单位：

  • 比特：缩写，表示1个二进制位，可以表示0或1
  • 字节：缩写，表示8个二进制位，可以表示0~255

• 换算关系：
• 内部换算关系：

• 后文皆以B表示Byte，以b表示bit，务必注意区分
• 网络设备通常以作为单位，而操作系统中计算文件大小通常以作为单位

数据传输速度单位

• 比特率：bps(bits per second)，每秒传输比特数
• 波特率：baud，每秒传输码元数

计算过程

物理层

　　我们在操作系统的许多地方都可以找到，千兆以太网标识的传输速度是，也就意味着在网线等传输媒介中每秒可以传输个比特。换算成字节，并不能简单的除以8，因为Gb与GB并不是简单的8倍关系。

• 物理层数据实际传输速度：

  • 1000 Mb
  • 119.21 MB，计算公式：

数据链路层

　　在数据链路层中，RFC894规定，以太网MTU(最大传输单元)为，也就是说一个以太网帧可以携带1500B的数据，加上帧头数据(不考虑的802.1Q标签)，帧尾校验码数据，帧前导码(7B前导码+1B帧开始界定符)，帧间间隔，传输一个帧实际上要消耗带宽。

• 数据链路层数据实际传输速度：

  • 975.29 Mb，计算公式：
  • 116.26 MB，计算公式：

网络层

　　如今网络层绝大多数网络设备都使用IP协议，其中IPv4首部固定长度，可选部分最大(这里不讨论)，IPv6首部固定长度，因此我们可以很容易得出网络层数据实际传输速度。

• 网络层数据实际传输速度：

  • IPv4：

    • 962.29 Mb，计算公式：
    • 114.71 MB，计算公式：

  • IPv6：

    • 949.28 Mb，计算公式：
    • 113.16 MB，计算公式：

传输层

　　在传输层有面向连接的TCP协议，其中首部固定长度，这里不考虑附加字段；面向无连接的UDP协议，其中首部固定长度。

• 传输层数据实际传输速度：

  • TCP via IPv4：

    • 949.28 Mb，计算公式：
    • 113.16 MB，计算公式：

  • UDP via IPv4：

    • 957.08 Mb，计算公式：
    • 114.09 MB，计算公式：

  • TCP via IPv6：

    • 936.28 Mb，计算公式：
    • 111.61 MB，计算公式：

  
  

  • UDP via IPv6：

    • 944.08 Mb，计算公式：
    • 112.54 MB，计算公式：

实验与测试

　　实验使用iPerf3工具测试链路带宽，使用CAT-5e双绞线将2台PC连接至同个交换机，分别以网络层IPv4、IPv6协议，传输层TCP、UDP协议组合，共计4组测试，其中测试UDP协议时，使用参数，指定传输带宽为。

• TCP via IPv4理论传输速度：949.28Mb/113.16MB，实际测试结果：

• UDP via IPv4理论传输速度：957.08Mb/114.09MB，实际测试结果：

• TCP via IPv6理论传输速度：936.28Mb/111.61MB，实际测试结果：

• UDP via IPv6理论传输速度：944.08Mb/112.54MB，实际测试结果：

结论与展望

注：*表示尚未进行实际测试

　　经过测试，理论计算与实验结果完全相同，因此我们可以认为：在一般情况下，所有网络设备均达到千兆标准，且没有发生网络拥塞时，数据实际传输速度约为每秒，此为使用TCP协议在IPv4网络下的结果，大部分网络协议在千兆网络下，例如Samba、rsync、iSCSI等，可以视此结果为极限最大值。基于UDP的其他协议或使用IPv6网络时，可以参考上表的结论；其他速率的网络，可以参考上文的计算方法。实际使用时，由于网络设备可能存在缺陷、发生网络拥塞、发生以太网碰撞，IP协议/TCP协议头部存在其他可选字段等情况，以及应用层协议存在的开销，实际传输速率会存在波动，可能达不到理论最大值。
　　不难看出，若要提高极限传输速度，那么必须减少网络协议首部的开销，提高数据传输的有效率，即。一个有效的解决方案便是使用巨型帧，可以使得数据链路层的MTU达到，理论上传输速率可以提高到每秒，但是由于网络设备的原因，未能测试巨型帧的情况，有待以后补充。

参考文献

• What is the actual maximum throughput on Gigabit Ethernet? - CableFree
• Ethernet frame - Wikipedia
• IPv4 - Wikipedia
• IPv6 packet - Wikipedia
• Tranission Control Protocol - Wikipedia
• User Datagram Protocol - Wikipedia