交換機的背板帶寬,交換容量,包轉(zhuǎn)發(fā)率量詳解

交換機的背板帶寬，交換容量，包轉(zhuǎn)發(fā)率量詳解知識儲備（一） K、M、Gbps（kbit/s）就是bitspersecond，涉及的是傳輸速率，k表示1000，M表示1000000，G表示1000000000，如1kbps=1000bps正確。在實際應(yīng)用中，常用的數(shù)據(jù)傳輸速率的單位有：kbit/s，Mbit/s，Gbit/s。其中：kbit/s=103bit/s，1Mbit/s=106bit/s，1Gbit/s=109bit/s而涉及存儲量（文件大?。┮?bit字節(jié)計時才用k表示1024，M表示1024x1024，G表示1024x1024x1024。（二） 背板帶寬與交換容量背板帶寬：交換機背板總線或交換矩陣的總吞吐能力，如同高速公路的設(shè)計總寬度。交換容量：某種引擎在某種機箱上能發(fā)揮出來的最大交換能力，如同高速公路實際可用的車道寬度，比設(shè)計總寬度更有參考價值。交換容量可以看做是交換機當前的一個整體性能指標，而背板帶寬則說明了該機框具備的未來性能提升的空間。但是在好多產(chǎn)品技術(shù)手冊上，常將兩者等同。一、背板帶寬交換機背板帶寬含義交換機的背板帶寬也叫背板容量，是交換機接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。背板帶寬標志了交換機總的數(shù)據(jù)交換能力，單位為Gbps，一般的交換機的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺交換機的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強，但同時設(shè)計成本也會越高。交換機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)背板帶寬資源的利用率與交換機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。目前交換機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：一是共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)依賴中心交換引擎來提供全端口的高性能連接，由核心引擎檢查每個輸入包以決定路由。這種方法需要很大的內(nèi)存帶寬、很高的管理費用，尤其是隨著交換機端口的增加，中央內(nèi)存的價格會很高，因而交換機內(nèi)核成為性能實現(xiàn)的瓶頸。二是交叉總線結(jié)構(gòu)，它可在端口間建立直接的點對點連接，這對于單點傳輸性能很好，但不適合多點傳輸。三是混合交叉總線結(jié)構(gòu)，這是一種混合交叉總線實現(xiàn)方式，它的設(shè)計思路是，將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過一條高性能的總線連接。其優(yōu)點是減少了交叉總線數(shù)，降低了成本，減少了總線爭用；但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。線性無阻塞傳輸我們購買交接機最佳性能，就是要求這款交換機做到了線性無阻塞傳輸。我們?nèi)绾稳タ疾煲粋€交換機的背板帶寬是否夠用呢?如何去確定你買的交換機設(shè)計是否合理，存在阻塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計呢？計算公式：A、 每種端口的速率X端口數(shù)量之和的2倍應(yīng)該小于背板帶寬，可實現(xiàn)全雙工無阻塞交換，證明交換機具有發(fā)揮最大數(shù)據(jù)交換性能的條件。B、 滿配置吞吐量(Mpps)二滿配置GE端口數(shù)X1.488Mpps，其中1個千兆端口在包長為64字節(jié)時的理論吞吐量為1.488Mpps。例如，一臺最多可以提供64個千兆端口的交換機，其滿配置吞吐量應(yīng)達到64X1.488Mpps=95.2Mpps，才能夠確保在所有端口均線速工作時，提供無阻塞的包交換。舉例：如果一臺交換機最多能夠提供176個千兆端口，而宣稱的吞吐量為不到261.8Mpps(176x1.488Mpps=261.8)，那么用戶有理由認為該交換機采用的是有阻塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于萬兆以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為14.88Mpps。對于千兆以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。對于快速以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為0.1488Mpps。對于OC—12的POS端口，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.17Mpps。對于OC—48的POS端口，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為468MppS。所以說，如果能滿足上面兩個條件，那么我們就說這款交換機真正做到了線性無阻塞；交換機背板速率單位一般為Mbps，指的是二層，對于三層以上交換才采用Mpps，bps=bit/s，每秒比特數(shù)；pps=packet/s，每秒包數(shù)交換機的交換容量（背板帶寬|交換帶寬）計算方法為：端口數(shù)*相應(yīng)端口速率*2（全雙工）。例如一臺24口百兆交換機交換容量=24*100*2=4800Mbit=4.8Gbps交換機交換容量（背板帶寬|交換帶寬）和包轉(zhuǎn)發(fā)率關(guān)系：交換容量二包轉(zhuǎn)發(fā)速率*8*（64+8+12）*2（全雙工）=1344*包轉(zhuǎn)發(fā)速率所以評價一臺交換機，不能只看接口速率和接口數(shù)量，還要從包轉(zhuǎn)發(fā)率和交換容量（背板帶寬|交換帶寬）一起來衡量一臺交換機的性能。,一臺24口百兆交換機，包轉(zhuǎn)發(fā)率要達到3.5712Mpps，交換容量（背板帶寬|交換帶寬）要達到4.8Gbps。如果這兩個參數(shù)不能達到這個值，就說明交換機的性能不達標。二、交換容量交換機的交換容量，是指交換機接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。交換容量表明了交換機總的數(shù)據(jù)交換能力，單位是Gbps交換機端口數(shù)量*相應(yīng)端口速率*2（全雙工）48*1000Mbps*2=96000Mbps=96Gbps交換機容量（交換機的總帶寬，也稱端口總帶寬） W（小于等于）背板帶寬如果交換機容量小于等于背板帶寬，那么背板帶寬上是線速的。H3C低端LSW交換均采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式，交換容量的大小由緩存（BUFFER）的位寬及其總線頻率決定。即，交換容量=緩存位寬*緩存總線頻率=96*133=12.8GbpsH3C高端的交換機的交換容量可以等于端口總?cè)萘康?倍，端口總?cè)萘?2*（n*100Mbps+m*1000Mbps）（n:表示交換機有n個100M端口，m：表示交換機有m個1000M端口）?！话隳壳岸际沁@種三、包轉(zhuǎn)發(fā)率交換機的包轉(zhuǎn)發(fā)率（吞吐量|包轉(zhuǎn)發(fā)能力）指的是交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的能力，單位是pps（包每秒），也就是交換機每秒可以轉(zhuǎn)發(fā)多少個數(shù)據(jù)包。一一注所有端口的轉(zhuǎn)發(fā)能力總和才是交換機的包轉(zhuǎn)發(fā)率轉(zhuǎn)發(fā)能力以能夠處理最小包長來衡量，對于以太網(wǎng)最小包為64Byte（由于以太網(wǎng)的沖突檢測機制，所以以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)幀時對數(shù)據(jù)幀的大小有個限制，數(shù)據(jù)幀最小為64byte），加上幀開銷20Byte（在以太網(wǎng)中，每個幀頭都要加上了8個字節(jié)的前導符，前導符的作用在于告訴監(jiān)聽設(shè)備數(shù)據(jù)將要到來。然后，以太網(wǎng)中的每個幀之間都要有幀間隙，即每發(fā)完一個幀之后要等待一段時間再發(fā)另外一個幀，在以太網(wǎng)標準中規(guī)定最小是12個字節(jié)，然而幀間隙在實際應(yīng)用中有可能會比12個字節(jié)要大，在這里我用了最小值。每個幀都要有20個字節(jié)的固定開銷)，因此最小包為84Byte。交換機接口速率：100Mbit/s的以太網(wǎng)接口，學過計算機的同學都知道，每8個bit組成一個字節(jié)，所以接一個百兆接口轉(zhuǎn)換成節(jié)=12.5Mbyte/s，也就是說每秒這個以太網(wǎng)接口能轉(zhuǎn)發(fā)12.5M個字節(jié)=12500000byte。以此百兆以太口為例，一個百兆以太口每秒最多轉(zhuǎn)發(fā)12500000byte的數(shù)據(jù)，假設(shè)在最糟糕的情況下所傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)幀都是最小的84byte(當然如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀越大對交換機轉(zhuǎn)發(fā)越有利，所以我們這里假設(shè)一個極端，在最糟糕的情況下)，那么這個百兆以太口每秒轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)幀為12500000/84=148809pps(幀/秒或包每秒)二148.8kpps=0.1488Mpps?！ⅲ?000000K=1000M=1G也可直接用下面公式：對于1個全雙工10Gbps接口達到線速時要求：轉(zhuǎn)發(fā)能力=10000Mbps/((64+20)*8bit)=14.88Mpps對于1個全雙工1000Mbps接口達到線速時要求：轉(zhuǎn)發(fā)能力=1000Mbps/((64+20)*8bit)=1.488Mpps對于1個全雙工100Mbps接口達到線速時要求：轉(zhuǎn)發(fā)能力=100Mbps/((64+20)*8bit)=0.149Mpps單位：Mpps (兆個包每秒)舉個例子，假設(shè)有一臺24口10/100Base-TX以太網(wǎng)交換機，那么這臺交換機的包轉(zhuǎn)發(fā)率為24*0.1488Mpps=3.5712Mpps，如果再加上4個千兆以太口4*1.488Mpps=5.952Mpps。那么總共就是3.5712Mpps+5.952Mpps=9.5232Mpps。也就是說一臺24口百兆+4口千兆的以太網(wǎng)交換機，只有整機包轉(zhuǎn)發(fā)率達到9.5232Mpss的時候，才能實現(xiàn)線速轉(zhuǎn)發(fā)。四、示例背板概念：我個人一直理解成電腦的總線。背板帶寬(平時選型時可以等同于交換容量，下同)計算方式：每種端口的速率乘以端口數(shù)量之和，再乘以2背板帶寬：接入交換機的背板帶寬：以24口接入交換機為例(24個千兆口)24*1000x2(Mbit/s)/1000(Mbit/s)=48(Gbit/s)核心交換機的背板帶寬：接入交換機數(shù)量乘以48(Gbit/s)實驗1：桌面型交換機帶20臺電腦上網(wǎng)設(shè)備：桌面型交換機(俗稱傻瓜交換機)廠家公布的包轉(zhuǎn)發(fā)率：35.7Mpps接口：24個10/100/1000Base-TX以太網(wǎng)端口，(就是24個1000M)計算：1.488Mpps*24=35.712Mpps計算所得的包轉(zhuǎn)發(fā)率：結(jié)果35.712Mpps二公布包轉(zhuǎn)發(fā)率：35.7Mpps，滿足全端口“線速轉(zhuǎn)發(fā)”。廠家公布的背板帶寬：48Gbps計算：24*1000x2(Mbit/s)/1000(Mbit/s)=48(Gbit/s)背板帶寬：結(jié)果48(Gbit/s)<=廠家公布的背板帶寬：48Gbps，滿足全端口實驗2：某個公司有300臺電腦上網(wǎng)，三層核心怎么選。初步預計要用15個千兆交換機。通