交换机的带宽线速概念

系统管理员 2022-08-27 01:15 178阅读 0赞

包转发率的计算－实例说明 100Mbit/s的以太网络，100M换算成byte则是100/8=12.5M byte/s，换算出来就是12500000bytes。

因为在以太网的数据包中，最小的数据包的大小是64byte/s，加上8个byte的前导字节以及12个byte帧间间隙，合计就是84byte。

那么用12500000/84=148809，所以就可以得到在100M吞吐量单向环境下的每秒最大的包转发个数148809，换算成k即为148.8k pps，也就是0.1488M pps。 0.1488M pps这个包转发率是100M的网络而言，那么1000M的网络，算出来的包转发率就应是1.488Mpps，对于10G网络对应的是14.88Mpps。

下面，我按这个数值来验证一下H3C的交换机在其网站上公布的数据，是否满足全端口“线速转发”。

1）设备：H3C S3600-28P-EI 公布包转发率：9.6Mpps 接口：24个10/100Base-TX以太网端口，4个1000Base-X SFP千兆以太网端口(就是24个100M＋4个1000M）计算：0.1488Mpps\*24+1.488Mpps\*4=3.5712Mpps+5.952Mpps=9.5232Mpps 结果9.5232Mpps < 公布包转发率：9.6Mpps,满足全端口“线速转发”。

2）设备：S5500-28C-EI 包转发率（整机）： 95.2Mpps 接口：24个10/100/1000Base-T以太网端口，4个复用的1000Base-X千兆SFP端口，2个扩展插槽（每个扩展插槽接口卡最大配置2×10G接口）；（也就是24\*1000M＋2×2\*10GE) 计算：1.488Mpps\*24+14.88Mpps\*2\*2=35.712Mpps+59.52Mpps=95.232Mpps 结果95.232Mpps ＝包转发率（整机）： 95.2Mpps，满足全端口“线速转发”。 通过这样事例，可以清楚交换机厂商所公布的数据是“如何”的了吧！ 这是在二层交换上面所能达到的包转发率，但是如果一个路由器在三层路由上面，甚至在开启nat的情况下，其包转发率会有很大降低，而这个值才是值得关心的，所以我们在看到很多商家在一直强调包转发个数148810个包，其实这是二层交换的理论极限值，而不是真正的路由器在三层工作时候的值。

交换机的背板带宽，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位为Gbps，也叫交 换带宽，一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps不等。

一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会越高。 一般来讲，计算方法如下:

1）线速的背板带宽 考察交换机上所有端口能提供的总带宽。计算公式为端口数\*相应端口速率\*2（全双工模式）如果总带宽≤标称背板带宽，那么在背板带宽上是线速的。

2）第二层包转发线速 第二层包转发率=千兆端口数量×1.488Mpps+百兆端口数量\*0.1488Mpps+其余类型端口数\*相应计算方法，如果这个速率能≤标称二层包转发速率，那么交换机在做第二层交换的时候可以做到线速。

3）第三层包转发线速 第三层包转发率=千兆端口数量×1.488Mpps+百兆端口数量\*0.1488Mpps+其余类型端口数\*相应计算方法，如果这个速率能≤标称三层包转发速率，那么交换机在做第三层交换的时候可以做到线速。

那么，1.488Mpps是怎么得到的呢? 包 转发线速的衡量标准是以单位时间内发送64byte的数据包（最小包）的个数作为计算基准的。对于千兆以太网来说，计算方法如下：

1，000，000， 000bps/8bit/（64＋8＋12）byte=1,488,095pps

说明：当以太网帧为64byte时，需考虑8byte的帧头和12byte的帧间隙的固定开销。故一个线速的千兆以太网端口在转发64byte包时的包转 发率为1.488Mpps。快速以太网的统速端口包转发率正好为千兆以太网的十分之一，为148.8kpps。 \*对于万兆以太网，一个线速端口的包转发率为14.88Mpps。 \*对于千兆以太网，一个线速端口的包转发率为1.488Mpps。 \*对于快速以太网，一个线速端口的包转发率为0.1488Mpps。 \*对于OC－12的POS端口，一个线速端口的包转发率为1.17Mpps。 \*对于OC－48的POS端口，一个线速端口的包转发率为468MppS。

所以说，如果能满足上面三个条件，那么我们就说这款交换机真正做到了线性无阻塞 背 板带宽资源的利用率与交换机的内部结构息息相关。目前交换机的内部结构主要有以下几种：一是共享内存结构，这种结构依赖中心交换引擎来提供全端口的高性能 连接，由核心引擎检查每个输入包以决定路由。这种方法需要很大的内存带宽、很高的管理费用，尤其是随着交换机端口的增加，中央内存的价格会很高，因而交换 机内核成为性能实现的瓶颈；二是交叉总线结构，它可在端口间建立直接的点对点连接，这对于单点传输性能很好，但不适合多点传输；三是混合交叉总线结构，这 是一种混合交叉总线实现方式，它的设计思路是，将一体的交叉总线矩阵划分成小的交叉矩阵，中间通过一条高性能的总线连接。其优点是减少了交叉总线数，降低 了成本，减少了总线争用；但连接交叉矩阵的总线成为新的性能瓶颈。

背板带宽，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会上去。   
但是，我们如何去考察一个交换机的背板带宽是否够用呢？显然，通过估算的方法是没有用的，我认为应该从两个方面来考虑：   
1、）所有端口容量X端口数量之和的2倍应该小于背板带宽，可实现全双工无阻塞交换，证明交换机具有发挥最大数据交换性能的条件。   
2、）满配置吞吐量(Mpps)=满配置GE端口数×1.488Mpps其中1个千兆端口在包长为64字节时的理论吞吐量为1.488Mpps。例如，一台最多可以提供64个千兆端口的交换机，其满配置吞吐量应达到 64×1.488Mpps = 95.2Mpps，才能够确保在所有端口均线速工作时，提供无阻塞的包交换。如果一台交换机最多能够提供176个千兆端口，而宣称的吞吐量为不到261.8Mpps(176 x 1.488Mpps = 261.8)，那么用户有理由认为该交换机采用的是有阻塞的结构设计。一般是两者都满足的交换机才是合格的交换机。  
  
  
比如：  
2950G-48  
背板＝2×1000×2＋48×100×2(Mbps)＝13.6(Gbps)  
相当于13.6/2=6.8个千兆口  
吞吐量=6.8×1.488=10.1184Mpps  
  
4506  
背板64G  
满配置千兆口  
4306×5＋2（引擎）＝32  
吞吐量＝32×1.488=47.616   
  
一般是两者都满足的交换机才是合格的交换机。   
  
背板相对大，吞吐量相对小的交换机，除了保留了升级扩展的能力外就是软件效率或专用芯片电路设计有问题；背板相对小。吞吐量相对大的交换机，整体性能比较高。不过背板带宽是可以相信厂家的宣传的，可吞吐量是无法相信厂家的宣传的，因为后者是个设计值，测试 很困难的并且意义不是很大。   
  
交换机的背版速率一般是：Mbps,指的是第二层，   
对于三层以上的交换才采用Mpps  
  
  
背板带宽资源的利用率与交换机的内部结构息息相关。目前交换机的内部结构主要有以下几种：一是共享内存结构，这种结构依赖中心交换引擎来提供全端口的高性能连接，由核心引擎检查每个输入包以决定路由。这种方法需要很大的内存带宽、很高的管理费用，尤其是随着交换机端口的增加，中央内存的价格会很高，因而交换机内核成为性能实现的瓶颈；二是交叉总线结构，它可在端口间建立直接的点对点连接，这对于单点传输性能很好，但不适合多点传输；三是混合交叉总线结构，这是一种混合交叉总线实现方式，它的设计思路是，将一体的交叉总线矩阵划分成小的交叉矩阵，中间通过一条高性能的总线连接。其优点是减少了交叉总线数，降低了成本，减少了总线争用；但连接交叉矩阵的总线成为新的性能瓶颈。

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