二層以太網(wǎng)交換機(jī)功能性能指標(biāo)完全詳細(xì)解釋全解

1、二層以太網(wǎng)交換機(jī)功能、性能指標(biāo)完全詳細(xì)解釋一、物理特性交換機(jī)的物理特性是指交換機(jī)提供的外觀特性、物理連接特性、端口配置、底座類型、擴(kuò)展能力、堆疊能力以及指示燈設(shè)置，反映了交換機(jī)的基本情況。1.端口配置端口配置指交換機(jī)包含的端口數(shù)目和支持的端口類型，端口配置情況決定了單臺(tái)交換機(jī)支持的最大連接站點(diǎn)數(shù)和連接方式。快速以太網(wǎng)交換機(jī)端口類型一般包括10Base-T100Base-TX100Base-FX其中10Base-T?口100Base-TX一般是由10M/100M自適應(yīng)端口提供，有的高性能交換機(jī)還提供千兆光纖接口。端口的工作模式分為半雙工和全雙工兩種。自適應(yīng)是IEEE802.3工作組發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，為

2、線端的兩個(gè)設(shè)備提供自動(dòng)協(xié)商達(dá)到最優(yōu)互*作模式的機(jī)制。通過自動(dòng)協(xié)商，線端的兩個(gè)設(shè)備可以自動(dòng)從100Base-T4100Base-TX10Base-T中選擇端口類型，并選擇全雙工或半雙工工作模式。為了提供方便的級(jí)聯(lián)，有的交換機(jī)設(shè)置了單獨(dú)的Uplink（級(jí)聯(lián)）端口或通過MDI/MDI-X按鈕切換，對(duì)沒有Uplink端口或MDI/MDI-X按鈕的交換機(jī)則需要使用交叉線互連。2 .模塊化交換機(jī)的底座類型有三種：固定、模塊和混合。固定型交換機(jī)的端口永久安裝在交換機(jī)上。模塊化交換機(jī)有可以插接端口模塊和上行模塊的插槽?；旌闲徒粨Q機(jī)既包含固定端口又有可替換的上行端口。模塊化提供改變媒體類型和端口速度的靈活性，并

3、可以擴(kuò)展交換機(jī)的端口數(shù)量和類型。模塊包括可互換媒體端口、可互換模塊和可互換上行端口。3 .堆疊特性堆疊為交換機(jī)提供簡(jiǎn)單的端口擴(kuò)展和統(tǒng)一的管理，提供交換機(jī)間高速互連。4 .熱插拔熱插拔對(duì)于減少網(wǎng)絡(luò)停機(jī)時(shí)間非常重要，在開機(jī)狀態(tài)下更換元件可以最大程度地避免中斷網(wǎng)絡(luò)的工作。熱插拔元件一般包括連接模塊、上行模塊、風(fēng)扇和電源。5 .指示燈指示燈可以為用戶提供直接明了的交換機(jī)工作狀態(tài)指示，一般包括電源指示燈、端口連接狀態(tài)指示燈、端口工作模式指示燈、鏈路活動(dòng)指示燈、碰撞指示燈、插槽指示燈，有的交換機(jī)還提供Console指示燈、帶寬利用率指示燈。6 .控制指交換機(jī)是否為用戶提供簡(jiǎn)單、方便、直接的*作按鈕，包括電

4、源開關(guān)、配置按鈕、重置按鈕。二、功能特性測(cè)試1 .轉(zhuǎn)發(fā)類型交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)類型分為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)（store-and-forward和快速轉(zhuǎn)發(fā)（cut-through預(yù)類。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)在本質(zhì)上和傳統(tǒng)的LAN網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)方式相同。被轉(zhuǎn)發(fā)的幀在輸出端口等待，直到交換機(jī)完整地收到整個(gè)幀才開始轉(zhuǎn)發(fā)?？焖俎D(zhuǎn)發(fā)在交換機(jī)收到整個(gè)幀之前，就已經(jīng)開始轉(zhuǎn)發(fā)，因此可以有效地減少交換延遲。有些交換機(jī)提供“自適應(yīng)快速轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制。這種設(shè)備支持存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和快速轉(zhuǎn)發(fā)兩種方式，但在某一確定時(shí)刻，交換機(jī)只在一種方式下工作。缺省情況下，絕大多數(shù)交換機(jī)都工作在低延遲的快速轉(zhuǎn)發(fā)方式。如果幀錯(cuò)誤率超過用戶設(shè)定的閥值，交換機(jī)將自動(dòng)配置工作在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式。兩種方

5、式之間的切換機(jī)制因交換機(jī)而異。長(zhǎng)預(yù)測(cè)（Longlook-ahead和短預(yù)測(cè)（Shortlook-aheadf1快速轉(zhuǎn)發(fā)交換的另外兩個(gè)屬性。長(zhǎng)預(yù)測(cè)結(jié)合了快速轉(zhuǎn)發(fā)的低延遲和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的完整性兩者的優(yōu)點(diǎn)，在一個(gè)幀的前64字節(jié)被處理之后，才開始轉(zhuǎn)發(fā)，這樣可以防止轉(zhuǎn)發(fā)殘幀（runt）。與之相反，短預(yù)測(cè)則在讀到幀頭（接收到一個(gè)有效的MAC地址）后立即轉(zhuǎn)發(fā)幀。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)是交換機(jī)應(yīng)提供的最基本的工作方式。通過向交換機(jī)發(fā)送一定數(shù)量不同大小的連續(xù)幀，測(cè)試其轉(zhuǎn)發(fā)延遲，分析幀的長(zhǎng)度與延遲值之間的關(guān)系，確定交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)類型。在快速轉(zhuǎn)發(fā)情況下，當(dāng)幀的長(zhǎng)度超過一個(gè)確定值之后，延遲值的曲線將變平，不再隨幀的長(zhǎng)度而增加。而對(duì)于存儲(chǔ)

6、轉(zhuǎn)發(fā)，隨著幀長(zhǎng)度的增加，轉(zhuǎn)發(fā)延遲也相應(yīng)增加。2 .過濾過濾的目的是通過去掉某些特定的數(shù)據(jù)幀提高網(wǎng)絡(luò)的性能、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性。典型的過濾提供基于源和（或）目的地址或交換機(jī)端口的過濾，包括廣播、多播、單播，以及錯(cuò)誤幀過濾。3 .消減交換機(jī)上的廣播風(fēng)暴會(huì)消耗大量帶寬，降低正常的網(wǎng)絡(luò)流量，給網(wǎng)絡(luò)性能帶來很大影響。廣播消減的目的是有效地減少網(wǎng)絡(luò)上的廣播風(fēng)暴。除了廣播風(fēng)暴還有不明目的MAC地址（單播）風(fēng)暴。消減的目的是通過減少某些特定類型的數(shù)據(jù)幀提高網(wǎng)絡(luò)的性能、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性，保證正?；蚋匾木W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用正常運(yùn)行。4 .端口干路端口干路（PortTrunking,也稱為端口聚集或鏈路聚集）為交換機(jī)提供了端

7、口捆綁技術(shù)，允許兩個(gè)交換機(jī)之間通過兩個(gè)或多個(gè)端口并行連接同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)以提供更高的帶寬，并提供線路冗余。端口干路是目前許多交換機(jī)支持的一個(gè)高級(jí)特性。5 .協(xié)議支持所有的交換機(jī)都利用橋接技術(shù)在端口之間轉(zhuǎn)發(fā)幀，即具有地址學(xué)習(xí)功能，自動(dòng)建立MAC地址和端口對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表，并根據(jù)幀的目的MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)幀到相應(yīng)的端口。絕大多數(shù)交換機(jī)支持802.1d跨越樹（SpanningTre咖、議。當(dāng)某個(gè)網(wǎng)段的數(shù)據(jù)包通過某個(gè)橋接設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)網(wǎng)段，而返回的數(shù)據(jù)包通過另一個(gè)橋接設(shè)備返回源地址。這個(gè)現(xiàn)象就叫“拓?fù)洵h(huán)”?？缭綐鋮f(xié)議能夠自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的邏輯環(huán)路，保留并行鏈路中的一條，而阻塞其他鏈路，從而達(dá)到消除環(huán)路的目的，

8、維持網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)錁涞耐暾?。?duì)于那些不支持E斬龍樹的交換機(jī)，在有多個(gè)交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中網(wǎng)管人員一定要避免形成環(huán)路，若形成環(huán)路將造成單個(gè)幀可能在網(wǎng)絡(luò)中反復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)傳遞，幀的正常轉(zhuǎn)發(fā)傳遞被破壞，最終將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)崩潰。6 .流量控制當(dāng)通過一個(gè)端口的流量過大，超過了它的處理能力時(shí)，就會(huì)發(fā)生端口阻塞。流量控制的作用是防止在出現(xiàn)阻塞的情況下丟幀。網(wǎng)絡(luò)擁塞有可能是由線速不匹配（如100M向10M端口發(fā)送數(shù)據(jù)）或突發(fā)的集中傳輸造成的，它可能導(dǎo)致這幾種情況：延時(shí)增加、丟包、重傳增加，網(wǎng)絡(luò)資源不能有效利用。在半雙工方式下，流量控制是通過反向壓力（backpressure技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，模擬產(chǎn)生碰撞，使得信息源降低發(fā)送速度。在

9、全雙工方式下流量控制一般遵循IEEE802.3x標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3x規(guī)定了一種64字節(jié)的"Pause"MAC11幀的格式。當(dāng)端口發(fā)生阻塞時(shí)，交換機(jī)向信息源發(fā)送”Pause”幀，告訴信息源暫停一段時(shí)間再發(fā)送信息。在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)中，尤其是一般局域網(wǎng)，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況較少，所以有的廠家的交換機(jī)并不支持流量控制。高級(jí)交換機(jī)應(yīng)支持半雙工方式下的反向壓力和全雙工的IEEE802.3xo7,優(yōu)先級(jí)控制優(yōu)先級(jí)是交換機(jī)的一個(gè)高級(jí)特性，提供優(yōu)先級(jí)控制的交換機(jī)可以提供重要網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用優(yōu)先傳輸?shù)谋ＷC，這對(duì)于要提供QoS保證的設(shè)備是必需的。優(yōu)先級(jí)支持方式分為基于端口、MAC地址、IP地址和應(yīng)用的優(yōu)

10、先級(jí)控制，支持標(biāo)準(zhǔn)主要是確定是否支持802.1p標(biāo)準(zhǔn)。802.1p標(biāo)準(zhǔn)一般作為網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備提供QoS保證的一個(gè)主要協(xié)議。測(cè)試方法是為交換機(jī)配置相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)控制策略，再向交換機(jī)發(fā)送相應(yīng)的連續(xù)數(shù)據(jù)幀，從數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)果上驗(yàn)證優(yōu)先級(jí)控制的有效性，確認(rèn)高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)幀優(yōu)先傳輸，延遲低。8 .VLANVLAN用來將交換機(jī)劃分成多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，將站點(diǎn)之間的通信限定在同一虛網(wǎng)內(nèi)，一個(gè)VLAN就是一個(gè)獨(dú)立的廣播域。VLAN的定義方式有：物理端口、MAC地址、協(xié)議、IP地址和用戶自定義過濾方式等。802.1Q是VLAN的標(biāo)準(zhǔn)，是將VLANID封裝在幀頭，使得幀跨越不同設(shè)備，也能保留VLAN信息。不同廠家的交換機(jī)只要

11、支持802.1Q,VLAN就可以跨越交換機(jī)，進(jìn)行統(tǒng)一劃分管理。與VLAN有關(guān)的問題還有：是否允許一個(gè)站點(diǎn)同時(shí)在多個(gè)VLAN中；每個(gè)交換機(jī)可以定義的虛網(wǎng)的數(shù)目。與VLAN有關(guān)的另一個(gè)重要的問題是VLAN間的內(nèi)部連接方式。提供這種連接的交換機(jī)可以支持不同子網(wǎng)之間站點(diǎn)的通信，不需要附加的設(shè)備，如路由器；而沒有VLAN間連通機(jī)制的交換機(jī)要達(dá)到VLAN問通信,則必須借助路由器。9 .組播控制(IGMPSnooping)一般交換機(jī)對(duì)IP的多播數(shù)據(jù)同廣播數(shù)據(jù)一樣處理，它們將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)往所有其他的交換機(jī)端口，而不管該端口連接的網(wǎng)段是否需要它們。IGMP是路由器和它所連接的主機(jī)之間相互交換IP組信息的協(xié)議，有

12、了IGMPSnooping功能，交換機(jī)就能偵測(cè)經(jīng)過它的IGMP報(bào)文，從中學(xué)習(xí)IP組信息。攔截IGMProuter和IGMPHost發(fā)送的IGMP幀，進(jìn)行解釋后轉(zhuǎn)發(fā)IGMP幀，并設(shè)置交換模塊的組播幀的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，使得從Router傳送下來的組播幀，僅轉(zhuǎn)發(fā)給需要的端口。此項(xiàng)功能減少了不必要的網(wǎng)絡(luò)帶寬的浪費(fèi)，對(duì)于VOD等視頻應(yīng)用性能的提高有很大幫助。三、性能測(cè)試1 .吞吐量吞吐量是反映交換機(jī)性能的最重要的指標(biāo)之一。根據(jù)RFC1242,吞吐量定義為交換機(jī)在不丟失任何一個(gè)幀的情況下的最大轉(zhuǎn)發(fā)速率。2 .延遲交換機(jī)典型的轉(zhuǎn)發(fā)類型有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和快速轉(zhuǎn)發(fā)兩種。根據(jù)RFC1242存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式下延遲定義為：輸入幀的最

13、后一位到達(dá)輸入端口和輸出幀的第一位出現(xiàn)在輸出端口的時(shí)間間隔，即LIFO(LastInFirstOut)延遲?？焖俎D(zhuǎn)發(fā)模式下延遲定義為：輸入幀的第一位已到達(dá)輸入端口和輸出幀的第一位出現(xiàn)在輸出端口的時(shí)間間隔。對(duì)于交換機(jī)而言，延遲是衡量交換機(jī)性能的又一重要指標(biāo)，延遲越大說明交換機(jī)處理幀的速度越慢。另外，網(wǎng)管型交換機(jī)和非網(wǎng)管型交換機(jī)由于系統(tǒng)負(fù)載不同、處理方式的區(qū)別，在幀轉(zhuǎn)發(fā)延遲上會(huì)存在較大差異。3 .丟幀率根據(jù)RFC1242丟幀率定義為：在穩(wěn)態(tài)負(fù)載下由于缺少資源應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)而沒有的幀所占的比例。該項(xiàng)指標(biāo)可以用來描述過載狀態(tài)下交換機(jī)的性能。它的驗(yàn)證過程是：在一定速率下向被測(cè)交換機(jī)發(fā)一定數(shù)量的幀，記錄幀的數(shù)量為

14、INPUT_COUNTER。統(tǒng)計(jì)接收端口收至U的幀的數(shù)量，記為OUTPUT_COUNTER丟幀率用下列公式計(jì)算：(INPUT_COUNTER-OUTPUT_COUNTER)乂100/INPUT_COUNTER丟幀率應(yīng)在不同負(fù)載下測(cè)量。首先在最大傳輸速率(定義見RFC1242下測(cè)量丟幀率。然后依次對(duì)最大傳輸速率的90%、80%、70%等負(fù)載測(cè)量丟幀率，直到相鄰兩遍都沒有丟幀。4 .背對(duì)背幀根據(jù)RFC1242背對(duì)背幀定義為：對(duì)于給定的媒體，從空閑狀態(tài)開始，以最小合法的時(shí)間間隔發(fā)送連續(xù)的固定長(zhǎng)度的幀。驗(yàn)證過程是以最小的幀間隔向被測(cè)交換機(jī)發(fā)送連續(xù)的突發(fā)幀，統(tǒng)計(jì)被轉(zhuǎn)發(fā)的幀數(shù)。若有丟幀，則減小突發(fā)長(zhǎng)度，重

15、測(cè)；若沒有丟幀，則增加突發(fā)幀數(shù)量，重測(cè)直到得到被測(cè)交換機(jī)在不丟幀情況下可處理的最長(zhǎng)突發(fā)幀數(shù)量。此項(xiàng)數(shù)值反映了交換機(jī)處理突發(fā)幀的能力。未達(dá)到線速的交換機(jī)具背對(duì)背幀的測(cè)試數(shù)據(jù)比較低。5 .MAC地址表深度MAC地址是由IEEE分配的，長(zhǎng)度為6字節(jié)，又稱物理地址。連接到局域網(wǎng)的每個(gè)端口或設(shè)備都必須有至少一個(gè)MAC地址。地址表深度反映了交換機(jī)可以學(xué)習(xí)到的最大MAC地址數(shù)。交換機(jī)是根據(jù)目的MAC地址，查找MAC地址和端口對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)的。如果MAC地址表滿，當(dāng)交換機(jī)接收到不明目的MAC地址的后續(xù)幀，交換機(jī)將采取在所有端口廣播的策略；當(dāng)交換機(jī)接收到新的源地址后續(xù)幀，交換機(jī)將根據(jù)地址更新策略，或

16、者替換舊地址，或者丟棄新的源地址。過小的地址表將無法適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的變化，造成地址表或轉(zhuǎn)發(fā)表的動(dòng)蕩，從而最終降低網(wǎng)絡(luò)性能。故地址表深度越大，則交換機(jī)支持的站點(diǎn)數(shù)越大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力越好，避免了因網(wǎng)絡(luò)變化造成的地址表或轉(zhuǎn)發(fā)表的動(dòng)蕩。目前一般交換機(jī)的地址表深度都較大，能夠適應(yīng)一般網(wǎng)絡(luò)的需要。6 .線端阻塞線端-阻塞(Head-of-line)指外出端口上的擁塞限制了通往非阻塞端口的吞吐量，與過載無關(guān)。線端阻塞通常存在于那些采用輸入排隊(duì)的交換機(jī)，由于隊(duì)列頭有轉(zhuǎn)發(fā)到阻塞端口的幀，造成后繼轉(zhuǎn)發(fā)到非阻塞端口的幀也必須等待，從而形成線端阻塞。而對(duì)于那些采用輸出排隊(duì)的交換機(jī)，線端阻塞現(xiàn)象將不存在。對(duì)于沒有流量控制

17、功能的交換機(jī)，由于不存在阻塞現(xiàn)象，故也不存在線端阻塞現(xiàn)象。測(cè)試方法是選擇四個(gè)端口(A、B、C、D),A向B以線速發(fā)連續(xù)數(shù)據(jù)幀，使B端口擁塞，C端口則同時(shí)以50%的線速向B、D發(fā)送相等流量的連續(xù)數(shù)據(jù)幀，從D端口的包接收情況驗(yàn)證交換機(jī)能否消除線端阻塞，高性能的交換機(jī)不但能保證D端口不存在丟包，并且C到D的最大轉(zhuǎn)發(fā)速度能達(dá)到線速的50%。而完善的流控功能則可保證B也不丟包，丟包率為0o四、管理性測(cè)試1.管理方法目前高性能的交換機(jī)，提供的功能較多，要求網(wǎng)絡(luò)管理人員針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)需求，對(duì)交換機(jī)做相應(yīng)的配置，以達(dá)到設(shè)備最優(yōu)配置、最佳性能。在交換機(jī)的配置管理方法上，不同廠家的策略是不同的?？傮w上可以分成三種：

18、本地管理、遠(yuǎn)程管理和通過第三方平臺(tái)管理。本地管理有2種方法，一種是通過交換機(jī)的控制臺(tái)端口進(jìn)行；另一種方法是用交換機(jī)自帶的軟件。遠(yuǎn)程管理指通過Web、Rlogin、SLIP、PPP和Telnet對(duì)交換機(jī)進(jìn)行管理。有的高級(jí)、友好的交換機(jī)提供多種控制管理途徑。2,可管理性簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）是設(shè)置交換機(jī)配置和獲取交換機(jī)狀態(tài)信息的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。交換機(jī)應(yīng)支持多種不同的MIB,包括：EthernetMAU、EthernetInterfaceBridgeMIBII、ManagementInformation,InterfaceExtension,GenericTrap麗IPForwarding。很多交換

19、機(jī)還提供擴(kuò)展的私有MIB。RMON是一種更高級(jí)的交換機(jī)監(jiān)控方法。以太網(wǎng)RMON標(biāo)準(zhǔn)定義了9個(gè)組：統(tǒng)計(jì)、狀態(tài)歷史、主設(shè)備表、矩陣表、主設(shè)備TopN、報(bào)警、事件、過濾和捕獲。某些交換機(jī)支持BOOTP0BOOTP服務(wù)器在交換機(jī)啟動(dòng)時(shí)可以提供部分配置信息。3.鏡像端口端口鏡像功能可以將一個(gè)端口的流量自動(dòng)復(fù)制到另一端口，以供網(wǎng)絡(luò)管理員在判斷網(wǎng)絡(luò)問題時(shí)對(duì)端口流量進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，可為網(wǎng)絡(luò)管理人員提供一種監(jiān)測(cè)手段。交換機(jī)可以有專為鏡像目的而設(shè)計(jì)的端口。但對(duì)多數(shù)交換機(jī)而言，任何一個(gè)端口都可以配置成鏡像端口。某些交換機(jī)可以同時(shí)有多對(duì)多的端口鏡像。為了能使用網(wǎng)絡(luò)分析儀直接監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，交換機(jī)必須支持端口鏡像。4,控制臺(tái)統(tǒng)計(jì)控制臺(tái)統(tǒng)計(jì)功能是指交換機(jī)在控制臺(tái)為網(wǎng)絡(luò)管理員提供在線的、實(shí)時(shí)的端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)信息，包括數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)、錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)幀按幀尺寸的分布等。這將有助于網(wǎng)管人員實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)、分析網(wǎng)絡(luò)故障，而無須借助于專用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)設(shè)備。5.安全性管理對(duì)于提供控制管理功能的交換機(jī)，應(yīng)提供多級(jí)訪問權(quán)限和多種