交換機(jī)的背板帶寬,交換容量,包轉(zhuǎn)發(fā)率量詳解

交換機(jī)的背板帶寬，交換容量，包轉(zhuǎn)發(fā)率量詳解知識(shí)儲(chǔ)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(shí)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(chǔ)量（文件大小）以8bit字節(jié)計(jì)時(shí)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(jī)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(jì)總寬度。交換容量：某種引擎在某種機(jī)箱上能發(fā)揮出來的最大交換能力，如同高速公路實(shí)際可用的車道寬度，比設(shè)計(jì)總寬度更有參考價(jià)值。交換容量可以看做是交換機(jī)當(dāng)前的一個(gè)整體性能指標(biāo)，而背板帶寬則說明了該機(jī)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(cè)上，常將兩者等同。一、背板帶寬交換機(jī)背板帶寬含義交換機(jī)的背板帶寬也叫背板容量，是交換機(jī)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(biāo)志了交換機(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力，單位為Gbps，一般的交換機(jī)的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺(tái)交換機(jī)的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)，但同時(shí)設(shè)計(jì)成本也會(huì)越高。交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)背板帶寬資源的利用率與交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。目前交換機(jī)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(gè)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(fèi)用，尤其是隨著交換機(jī)端口的增加，中央內(nèi)存的價(jià)格會(huì)很高，因而交換機(jī)內(nèi)核成為性能實(shí)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，這對(duì)于單點(diǎn)傳輸性能很好，但不適合多點(diǎn)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(shí)現(xiàn)方式，它的設(shè)計(jì)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(diǎn)是減少了交叉總線數(shù)，降低了成本，減少了總線爭(zhēng)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(gòu)買交接機(jī)最佳性能，就是要求這款交換機(jī)做到了線性無阻塞傳輸。我們?nèi)绾稳タ疾煲粋€(gè)交換機(jī)的背板帶寬是否夠用呢?如何去確定你買的交換機(jī)設(shè)計(jì)是否合理，存在阻塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呢？計(jì)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(shí)現(xiàn)全雙工無阻塞交換，證明交換機(jī)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(gè)千兆端口在包長(zhǎng)為64字節(jié)時(shí)的理論吞吐量為1.488Mpps。例如，一臺(tái)最多可以提供64個(gè)千兆端口的交換機(jī)，其滿配置吞吐量應(yīng)達(dá)到64X1.488Mpps=95.2Mpps，才能夠確保在所有端口均線速工作時(shí)，提供無阻塞的包交換。舉例：如果一臺(tái)交換機(jī)最多能夠提供176個(gè)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(rèn)為該交換機(jī)采用的是有阻塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)于萬兆以太網(wǎng)，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為14.88Mpps。對(duì)于千兆以太網(wǎng)，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。對(duì)于快速以太網(wǎng)，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為0.1488Mpps。對(duì)于OC—12的POS端口，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.17Mpps。對(duì)于OC—48的POS端口，一個(gè)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(gè)條件，那么我們就說這款交換機(jī)真正做到了線性無阻塞；交換機(jī)背板速率單位一般為Mbps，指的是二層，對(duì)于三層以上交換才采用Mpps，bps=bit/s，每秒比特?cái)?shù)；pps=packet/s，每秒包數(shù)交換機(jī)的交換容量（背板帶寬|交換帶寬）計(jì)算方法為：端口數(shù)*相應(yīng)端口速率*2（全雙工）。例如一臺(tái)24口百兆交換機(jī)交換容量=24*100*2=4800Mbit=4.8Gbps交換機(jī)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(píng)價(jià)一臺(tái)交換機(jī)，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(tái)交換機(jī)的性能。,一臺(tái)24口百兆交換機(jī)，包轉(zhuǎn)發(fā)率要達(dá)到3.5712Mpps，交換容量（背板帶寬|交換帶寬）要達(dá)到4.8Gbps。如果這兩個(gè)參數(shù)不能達(dá)到這個(gè)值，就說明交換機(jī)的性能不達(dá)標(biāo)。二、交換容量交換機(jī)的交換容量，是指交換機(jī)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(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力，單位是Gbps交換機(jī)端口數(shù)量*相應(yīng)端口速率*2（全雙工）48*1000Mbps*2=96000Mbps=96Gbps交換機(jī)容量（交換機(jī)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(jī)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(chǔ)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(jī)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(jī)有n個(gè)100M端口，m：表示交換機(jī)有m個(gè)1000M端口）?！话隳壳岸际沁@種三、包轉(zhuǎn)發(fā)率交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)率（吞吐量|包轉(zhuǎn)發(fā)能力）指的是交換機(jī)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(jī)每秒可以轉(zhuǎn)發(fā)多少個(gè)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(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)率轉(zhuǎn)發(fā)能力以能夠處理最小包長(zhǎng)來衡量，對(duì)于以太網(wǎng)最小包為64Byte（由于以太網(wǎng)的沖突檢測(cè)機(jī)制，所以以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)幀時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)幀的大小有個(gè)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(gè)幀頭都要加上了8個(gè)字節(jié)的前導(dǎo)符，前導(dǎo)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(gè)幀之間都要有幀間隙，即每發(fā)完一個(gè)幀之后要等待一段時(shí)間再發(fā)另外一個(gè)幀，在以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定最小是12個(gè)字節(jié)，然而幀間隙在實(shí)際應(yīng)用中有可能會(huì)比12個(gè)字節(jié)要大，在這里我用了最小值。每個(gè)幀都要有20個(gè)字節(jié)的固定開銷)，因此最小包為84Byte。交換機(jī)接口速率：100Mbit/s的以太網(wǎng)接口，學(xué)過計(jì)算機(jī)的同學(xué)都知道，每8個(gè)bit組成一個(gè)字節(jié)，所以接一個(gè)百兆接口轉(zhuǎn)換成節(jié)=12.5Mbyte/s，也就是說每秒這個(gè)以太網(wǎng)接口能轉(zhuǎn)發(fā)12.5M個(gè)字節(jié)=12500000byte。以此百兆以太口為例，一個(gè)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(dāng)然如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀越大對(duì)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)越有利，所以我們這里假設(shè)一個(gè)極端，在最糟糕的情況下)，那么這個(gè)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(duì)于1個(gè)全雙工10Gbps接口達(dá)到線速時(shí)要求：轉(zhuǎn)發(fā)能力=10000Mbps/((64+20)*8bit)=14.88Mpps對(duì)于1個(gè)全雙工1000Mbps接口達(dá)到線速時(shí)要求：轉(zhuǎn)發(fā)能力=1000Mbps/((64+20)*8bit)=1.488Mpps對(duì)于1個(gè)全雙工100Mbps接口達(dá)到線速時(shí)要求：轉(zhuǎn)發(fā)能力=100Mbps/((64+20)*8bit)=0.149Mpps單位：Mpps (兆個(gè)包每秒)舉個(gè)例子，假設(shè)有一臺(tái)24口10/100Base-TX以太網(wǎng)交換機(jī)，那么這臺(tái)交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)率為24*0.1488Mpps=3.5712Mpps，如果再加上4個(gè)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(tái)24口百兆+4口千兆的以太網(wǎng)交換機(jī)，只有整機(jī)包轉(zhuǎn)發(fā)率達(dá)到9.5232Mpss的時(shí)候，才能實(shí)現(xiàn)線速轉(zhuǎn)發(fā)。四、示例背板概念：我個(gè)人一直理解成電腦的總線。背板帶寬(平時(shí)選型時(shí)可以等同于交換容量，下同)計(jì)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(jī)的背板帶寬：以24口接入交換機(jī)為例(24個(gè)千兆口)24*1000x2(Mbit/s)/1000(Mbit/s)=48(Gbit/s)核心交換機(jī)的背板帶寬：接入交換機(jī)數(shù)量乘以48(Gbit/s)實(shí)驗(yàn)1：桌面型交換機(jī)帶20臺(tái)電腦上網(wǎng)設(shè)備：桌面型交換機(jī)(俗稱傻瓜交換機(jī))廠家公布的包轉(zhuǎn)發(fā)率：35.7Mpps接口：24個(gè)10/100/1000Base-TX以太網(wǎng)端口，(就是24個(gè)1000M)計(jì)算：1.488Mpps*24=35.712Mpps計(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)2：某個(gè)公司有300臺(tái)電腦上網(wǎng)，三層核心怎么選。初步預(yù)計(jì)要用15個(gè)千兆交換機(jī)。通