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万兆产品重要指标带宽计算一、计算公式说明交换机的背板带宽，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。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。二、端口速率计算以太网传输最小包长就是64字节、POS口是40字节。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/（64812）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。快速以太网的线速端口包转发率正好为千兆以太网的十分之一，为148.8kpps。序号 端口类型 包转发率1 万兆以太网 14.88Mpps2 千兆以太网 1.488Mpps3 百兆以太网 0.1488MppsOC-3 POS 0.29Mpps OC ”是Optical Carrier的缩写，这是光纤传输的一种单位，最小的单位为OC-1，其传输数据量约为51.84 Mbps，较常使用的OC-3则为155.52 Mbps4 OC-12 POS 1.17Mpps5 OC-48 POS 468MppS三、端口总速率在以太网中，每个帧头都要加上了8个字节的前导符，前导符的作用在于告诉监听设备数据将要到来。然后，以太网中的每个帧之间都要有帧间隙IFG，即每发完一个帧之后要等待一段时间再发另外一个帧，在以太网标准中规定最小是12个字节，然而帧间隙在实际应用中有可能会比12个字节要大，在这里我用了最小值。每个帧都要有20个字节的固定开销，现在我们再来算一下交换机单个端口的实际吞吐量：148，809（64+8+12）8100Mbps，通过这个公式不难看出，真正的数据交换量占到64/84=76%，交换机端口链路的线速数据吞吐量实际上只有76Mbps，另外一部分被用来处理了额外的开销，这两者加起来才是标准的百兆或者千兆。四、万兆以太网交换机/路由器在硬件设计中主要有以下特点：a. 背板带宽线卡插槽和背板之间的接口带宽是衡量万兆以太网设备最基本也是最重要的指标之一。为万兆以太网设计的交换机/路由器，线卡插槽的背板接口带宽至少需要10Gbps，比较理想的设备是能具备不少于40Gbps（双向）的接口带宽以支持单线卡4个万兆以太网接口的密度。同时，被选购的设备应当满足在未来线卡端口密度增加时，交换机只需替换线卡而无需替换系统背板的要求。当线卡上用户端口的总带宽超过了与背板之间的带宽时，称之为“过载”使用，此时用户端口将不可能达到线速。b. 交换容量交换容量是指系统中用户接口之间交换数据的最大能力，用户数据的交换是由交换矩阵实现的。传统的总线式交换方式容量有限，不再被万兆以太网交换机所采用，取而代之的是矩阵式交换，这也是中高端千兆以太网交换机的主要交换形式。在无阻塞交换结构中，交换容量交换矩阵与线卡之间的带宽线卡插槽数。交换机中的交换芯片是核心交换功能部件，通常提供比系统实际交换容量更大的交换能力。由于控制处理卡（或冗余配置时）通常会占用部分交换芯片的接口用于处理路由和管理等信息，系统实际数据交换容量将小于交换芯片的总容量。例如，一台交换芯片总容量为640Gbps（80Gbps*8）的设备，实际可用的线卡插槽为7个，可提供的线卡为单线卡2端口万兆以太网接口。那么该系统的实际可利用交换容量是40Gbps7=280Gbps；未来可利用的（提供单线卡4端口万兆以太网接口时）最大交换容量为80Gbps7=560Gbps。在选择万兆以太网交换机时，系统的实际交换容量、最大可利用交换容量和交换芯片总容量都是非常重要的指标。用户在选择产品时一定要清楚地理解实际交换容量和最大可利用交换容量才是选择交换机最重要的指标，前者是实际可得到的处理能力，后者与未来扩展能力密切相关。当交换容量小于系统最大端口配置时的总带宽时，就有可能出现交换阻塞。在选择核心交换机或支持对时延敏感的应用时，一定要选择无阻塞交换矩阵结构的交换机。c. 高速ASIC芯片万兆以太网交换机/路由器要高速处理大量的数据帧，因此通常采用分布式包处理体系结构。每张线卡上都有负责包处理、包检索、缓存和队列的ASIC芯片。系统软件支持的ACL、QoS和Multicast等功能都必须通过硬件实现。高速ASIC芯片是从千兆以太网升级到万兆以太网时系统必须重新设计或增强的。市场上有部分支持万兆以太网接口的交换机为了争取时间提前推出，没有从硬件上全面升级，导致系统的整体性能在实施某些功能时会急剧下降。因此在选购设备时不仅要看系统的基本转发能力，同时更要检查在配置某些功能（如ACL、QoS）时整个系统的性能。d. 数据包转发能力标准的以太网帧尺寸在64字节到1518字节之间。由于以太网交换机只是对以太网帧的帧头进行分析和处理，相同传送速度时单位时间内要处理小尺寸帧的数量比大尺寸帧的数量更多，在衡量交换机包转发能力时应当采用最小尺寸的包进行评价。以太网支持最小尺寸的帧大小为64个字节，加上传输需要的20个字节的帧间隔，总共是84个字节。因此，一个万兆以太网端口理论上最多要处理10000Mbits / (84bytes*8bit/byte) = 14.88Mpps。在衡量交换机是否具备线速转发能力时，可用以下方法计算：整体转发能力Mpps / 14.88Mpps=可支持的线速万兆端口数。例如，一台具备400Mpps的交换机，满足线速转发要求时它允许配置的最大万兆以太网端口数为400Mpps/14.88Mpps=27个。超过27个万兆端口在理论上就达不到线速能力。数据包转发能力比背板带宽和交换能力更有实际意义，在选购时同样需要重视在配置ACL和QoS等服务功能时的处理能力。五、万兆产品重要指标1、控制层面和数据层面分离交换机和路由器从实现的功能上看可分为两个部分：控制层面和数据层面。随着高速接口的增加，核心路由器/交换机在设计中开始将数据转发的部分工作下载到用户线卡上完成，实现分布式转发提高系统性能。随着万兆以太网的出现，数据层面和控制层面分离已经成为了衡量一台核心交换机/路由器的重要指标，它不仅大大提高了系统的处理能力，同时也实现了系统的高度稳定性。2、无源背板设计背板是实现用户线卡和处理卡及交换矩阵之间的通信通道，有光背板和铜（电）背板两种。背板是系统中最脆弱的环节，一直无法做到冗余设计。一旦背板上的部件出现故障则整个系统将停止工作。因此高可靠性的系统设计通常要求背板实现无源设计。在选择产品时从高可靠性的角度出发，应当尽量不要选择背板上有ASIC芯片或时钟模块等有源部件的产品。3、数据包转发方式传统的集中式数据转发是指数据包的转发需要处理器卡上CPU的参与。万兆以太网设备由于要在单位时间内处理和转发大量的数据包，单纯的集中式数据转发，即每个数据包都经过CPU处理是不现实的。分布式数据转发将数据层面和控制层面彻底分离，控制处理卡专门用来执行路由计算、网络管理及其他服务。分布式数据转发大大提高了系统的整体转发性能。用户在选择万兆以太网交换机时，应当选择采用了分布式交换和处理结构的交换机，而且在万兆以太网模块上一定要拥有本地交换和处理能力，只有这样才能够提供充足的转发能力，确保整台交换机中所有以太网端口、尤其是万兆以太网端口的线速处理。4、接口类型万兆以太网标准制定了多种局域网接口，这些物理接口采用不同的光纤类型和工作波长，传输距离不同，设备