交换基本原理基础.ppt

课程纲要,以太网交换基本概念 队头阻塞 流控 二三层交换 Sniffer工具的使用 主讲：宽带产品工程部刘玉龙,以太网交换基本概念,96比特,64比特,6字节,6字节,461500字节,2字节,4字节,帧间隔：96/8=12字节 同步信号：64/8=8字节,20字节的开销,以太网帧长度：64字节1518字节,以太网802.3的帧结构,（计算线速转发能力用到的数据）,交换机基本体系结构,以太网交换基本概念,Lincard,MCU,Linecard,以太网交换基本概念,示例：,上图中展示通道、交换引擎,以太网交换基本概念,端口线速度 在物理介质上传输的实际最大速度（包含开销），称为端口线速度 10M/100M/1000M指的就是端口的线速度 端口吞吐量 传输有用数据的速度，称为端口吞吐量 合成带宽 交换机多对端口转发数据的速度称为合成带宽 合成带宽的计算 合成带宽端口数端口线速度2 交换容量 交换机的交换机构同时支持若干端口进行接收和转发数据的最大能力，它决定了交换机的实际合成带宽,以太网交换基本概念,交换容量、合成带宽的关系 一个交换容量为1Gbps、16端口的交换机，仅能支持10个端口以100Mbps的速度进行数据转发，其实际合成带宽只有1Gbps，若16个端口同时转发，则每端口的带宽只有62.4Mps。 以Flex5010为例： Flex5010的交换容量为8.8G,一共可以支持24个100M电口和2个千兆端口 合成带宽2410022100028.8G 合成带宽端口线速转发,端口工作在线速时的吞吐量（Mpps）与端口线速度关系计算 线速吞吐量与帧长相关，吞吐量线速度/8/(帧长20） 以GE端口处理64字节帧长为例 1Gbps/8/(64+20)=1.488095Mpps GE端口的线速度1Gbps，线速吞吐量1.488095Mpps（64字节） L2全线速转发 交换机所有端口均以“端口线速度”转发数据的情况下，交换机不丢包，则成为L2全线速转发 L2全线速转发：交换容量=合成带宽 L3全线速转发 三层交换机的所有端口同时进行三层报文转发时，仍然可以工作在线速状态下，而交换机不丢包，则成为L3全线速转发,以太网交换基本概念,千兆端口处理不同包长报文的吞吐量,L2/L3线速转发性能的计算,L2/L3线速转发性能 L2/L3线速转发性能所有端口线速吞吐量之和/2(针对64字节帧） （当交换容量实际合成带宽时） L2/L3线速转发性能交换容量/8/(6420)/2 （当交换容量实际合成带宽时） 举例：Flex5010的交换容量8.8G,计算其L2/L3线速转发性能 L3线速转发性能8.8Gbps/8/(64+20)/2=6.6Mpps 所以Flex5010的L3线速转发性能为6.6Mpps,课程纲要,以太网交换基本概念 队头阻塞 流控 二三层交换 Sniffer工具的使用,Head-of-Link Blocking (HOLB),定义： 在传输中为了防止队列中的信元丢失，队列中所有后续的信元必须等待，这时它就阻塞了后面信元的处理，即使后面的信元已可以交换。这种现象就称为队头阻塞（线头阻塞）。 队头阻塞是现实存在的，而防控技术只是弥补手段。 通俗的讲：队头防阻塞只是通过防控技术达到“尽量”避免队列后面的信元被阻塞的目的。 可见防控手段是通过“尽量少”的丢弃队列前面“发生阻塞”的信元来实现的。,HOLB,发生原因： 由于FIFO（先进先出）队列机制造成的，每个crossbar输入端的FIFO首先处理的是在队列中最靠前的数据，而这时队列后面的数据对应的出口缓存可能已空闲，但因为得不到处理而只能等待，这样既浪费了带宽又降低系统性能。这就如同你在只有一条行车线的马路上右转，但你前面有直行车，虽然这时右行线已空闲，但你也只能等待。,一个典型的HOLB例子：,HOLB,防止HOLB方法,每种设备实现的方法并不完全相同，为了达到“尽量避免损失”的目的，很多设备可以同时基于多种计算方法来实现。 举例说明： BCM可以通过下面两种控制方式，实现防止HOLB ： （1）基于CELL的HOL （2）基于报文的HOL,基于CELL的HOL方法： 如果一个出口COSLCCOUNT超过了HOLCOSCELLSETLIMIT寄存器值，MMU会给Ingress端口发一个消息，通知入口某个出口进入了HOL防止状态。这时入口会丢弃以后所有到这个出口的报文，直到这个出口CELL数降到HOLCELLRESETLIMIT值以下。 （HOLCOSCELLSETLIMIT寄存器值 可由厂商技术人员来调整）,防止HOLB方法,基于报文的HOL方法： 如果一个出口的COSPKTCOUNT超过了HOLCOSPKTSETLIMIT寄存器值，MMU同样会给Ingress端口发一个消息，通知入口某个出口进入了HOL防止状态。这样入口会丢弃以后所有到这个出口的报文，直到这个出口CELL数降到HOLCOSPKTRESETLIMIT值以下。,防止HOLB方法,分组讨论： 队头防阻塞的寄存器值如果设置的太小/太大会分别出现什么情况？,备注： 不同速率端口寄存器值不同； 端口缓冲 端口的实际转发能力,课程纲要,以太网交换基本概念 队头阻塞 流控 二三层交换 Sniffer工具的使用,流量控制,定义： 流量控制用于防止在端口阻塞的情况下丢帧。 这种方法是当发送或接收缓冲区开始溢出时通过将阻塞信号发送回源地址实现的。流量控制可有效的防止由于网络中瞬间的大流量数据对网络带来的冲击，保证用户网络高效而稳定的运行。 请注意：流控针对的是交换端口而言的，HOL是交换机内部的机制；,流量控制方式,流量控制可以分为两种方式： 1、在半双工方式下，流量控制是通过反向压力（Backpressure）即我们通常说的背压技术实现的，这种技术是通过向发送源发送jamming信号使得信息源降低发送速度。 提醒：当端口出现冲突时，向对方端口发送jamming信号，通知对方降低发送速度。 在流量非常高时，半双工模式下的冲突会非常普遍，所以频繁的冲突会导频繁的“端口发送的回退”操作，导致转发时延大或者丢包； 故：不推荐端口半双工模式,2、在全双工方式下，流量控制一般遵循IEEE 802.3x标准，是由交换机向信息源发送“Pause”帧令其暂停发送。 有的交换机的流量控制会阻塞整个LAN的输入，这样大大降低了网络性能; 高性能的交换机仅仅阻塞向交换机拥塞端口输入帧的端口。采用流量控制，使传送和接收节点间数据流量得到控制，可以防止数据包丢失。,流量控制方式,课程纲要,以太网交换基本概念 队头阻塞 流控 二三层交换 Sniffer工具的使用,二三层交换,二层交换是基于TCP/IP数据链路层DMAC（目的MAC）进行转发； 如果是HUB（集线器）会在除了自己端口以外的所有端口广播洪泛,MAC PORT VID 001 1 1 002 8 1 00 3 20 1,00.1 10.0.0.1,00.2 10.0.0.2,00.3 10.0.0.3,1,8,20,图例：当10.0.0.1 ping 10.0.0.3，数据流按照dmac直接向相关端口发送（此时假定pc上arp表项、二层交换机上的mac表项都已经建立完毕）,ASIC芯片中存储的二层转发表（示意）,三层交换是基于TCP/IP的网络层DIP（目的IP）进行转发,二三层交换,MAC IP PORT VID 001 10.0.0.1 1 1 002 11.0.0.1 8 10 00 3 12.0.0.1 20 20,00.1 10.0.0.1,00.2 11.0.0.1,00.3 12.0.0.1,1,8,20,图例：当10.0.0.1 ping 12.0.0.3，数据流按照dmac直接向相关端口发送（此时假定pc上arp表项、二层交换机上的mac表项都已经建立完毕）,ASIC芯片中存储的三层转发表（示意）,二三层交换,随着技术的发展，除了基于DIP的交换技术之外，还有基于传输层、直至应用层的交换技术； 另外，象MPLS就是基于标签的数据包交换转发的技术，当然MPLS标签库形成的前提仍然需要以先建立成功传统的二三层交换为基础,二三层交换,交换机可以支持强大的VLAN划分，VLAN内二层交换的功能，而传统路由器则不支持；也就是说三层交换机绝大多数还可以支持二层交换功能，而路由器无法做到二层交换功能； 通常意义的路由器（通过软件实现转发的，比如CISCO2600、港湾的M系列路由器）相比较，如果三层交换机走的是ASIC芯片，则三层交换机数据转发是通过硬件实现的，通俗的讲就是“一次选路多次转发”，而通常意义上的路由器只能实现每次转发都会查路由表。转发效率上存在差别。 支持的协议类型、接口特性上存在区别，比如通常的路由器是可以支持异步拨号、ISDN、E1等接口，NAT、策略路由等功能，而当前一般的三层交换机不支持或支持程度有限。 高端路由器和高端交换机在转发体系上差别越来越小，高端设备从端口密度上也差别不大了。设备越往上走，物理接口的类型区别也不大。比如都可以支持ATM或者POS口。,三层交换机与路由器总体差异探讨：,课程纲要,以太网交换基本概念 队头阻塞 流控 二三层交换 Sniffer工具的使用,Sniffer工具的使用,Sniffer使用简介 Sniffer应用于网络排障 Sniffer案例分析,Sniffer使用简介,l 捕获数据包前的准备工作（演示） l 捕获数据包时观察到的信息（演示） l 捕获数据包后的分析工作（演示）,Sniffer工具的使用,Sniffer使用简介 Sniffer应用于网络排障 Sniffer案例分析,网络排障,l 监控、捕获网络数据流方法 l 识别网络问题,监控、捕获网络数据流方法,命令： 配置镜像端口 Config mirroring to 配置参与镜像的端口 Config mirroring add|delete port |al