交换基本原理

1、课程纲要课程纲要以太网交换基本概念以太网交换基本概念队头阻塞队头阻塞流控流控主讲：交换机产品工程部刘玉龙主讲：交换机产品工程部刘玉龙以太网交换基本概念以太网交换基本概念帧间隙同步信号 DMAC SMACTYPE/LENCRCDATA96比特比特64比特比特6字节字节6字节字节461500字节字节2字节字节4字节字节帧间隔：帧间隔：96/8=12字节字节同步信号：同步信号：64/8=8字节字节20字节的开销字节的开销以太网帧长度：以太网帧长度：64字节字节1518字节字节以太网以太网802.3的帧结构的帧结构（计算线速转发能（计算线速转发能力用到的数据）力用到的数据）交换机基本体系结构交换机基本

2、体系结构交换引擎和交换机构交换引擎和交换机构数据缓冲区数据缓冲区交换通道交换通道端口端口1端口端口n以太网交换基本概念以太网交换基本概念LincardMCULinecard以太网交换基本概念以太网交换基本概念示例：示例：上图中展示通道、交换引擎交换引擎以太网交换基本概念以太网交换基本概念端口线速度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指的就是端口的线速度端口吞吐量端口吞吐量传输有用数据的速度，称为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合成带宽交换

3、机多对端口转发数据的速度称为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的计算合成带宽端口数合成带宽端口数端口线速度端口线速度2交换容量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力，它决定了交换机的实际合成带宽以太网交换基本概念以太网交换基本概念交换容量、合成带宽的关系交换容量、合成带宽的关系一个交换容量为一个交换容量为1Gbps、16端口的交换机，仅能支持端口的交换机，仅能支持10个端口以个端口以100Mbps的速度进行数据转发，其实际合成带宽只有的速度

4、进行数据转发，其实际合成带宽只有1Gbps，若，若16个端口同时转发，则每端口的带宽只有个端口同时转发，则每端口的带宽只有62.4Mps。以以Flex5010为例：为例：Flex5010的交换容量为的交换容量为8.8G,一共可以支持一共可以支持24个个100M电口和电口和2个千个千兆端口兆端口合成带宽合成带宽2410022100028.8G合成带宽合成带宽端口线速转发端口线速转发n端口工作在线速时的吞吐量（端口工作在线速时的吞吐量（Mpps）与端口线速度关系计算）与端口线速度关系计算n线速吞吐量与帧长相关，吞吐量线速度线速吞吐量与帧长相关，吞吐量线速度/8/(帧长帧长20）n以以GE端口处理端

5、口处理64字节帧长为例字节帧长为例n1Gbps/8/(64+20)=1.488095MppsnGE端口的端口的线速度线速度1Gbps，线速吞吐量线速吞吐量1.488095Mpps（64字节）字节）nL2全线速转发全线速转发交换机所有端口均以交换机所有端口均以“端口线速度端口线速度”转发数据的情况下，交换机不丢包，转发数据的情况下，交换机不丢包，则成为则成为L2全线速转发全线速转发L2全线速转发：交换容量全线速转发：交换容量=合成带宽合成带宽L3全线速转发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

6、机不丢包，则成为在线速状态下，而交换机不丢包，则成为L3全线速转发全线速转发以太网交换基本概念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千兆端口处理不同包长报文的吞吐量L2/L3L2/L3线速转发性能的计算线速转发性能的计算nL2/L3线速转发性能线速转发性能nL2/L3线速转发性能所有端口线速吞吐量之和线速转发性能所有端口线速吞吐量之和/2(针对针对64字节字节帧）帧）（当交换容量（当交换容量实际合成带宽时）实际合成带宽时）nL2/L3线速转发性能交换容量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）（当交换容量实际合成带宽时）n举例：举例：Flex5010的

7、交换容量的交换容量8.8G,计算其计算其L2/L3线速转发性能线速转发性能L3线速转发性能线速转发性能8.8Gbps/8/(64+20)/2=6.6Mpps所以所以Flex5010的的L3线速转发性能为线速转发性能为6.6Mpps课程纲要课程纲要以太网交换基本概念以太网交换基本概念队头阻塞队头阻塞流控流控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

8、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防止防止HOLB方法方法 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

9、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 基于基于CELL的的HOL方法：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）防止防止HOLB方法方法基于报文的基于报文的HOL方法：方法：如果一个出口的

10、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。 防止防止HOLB方法方法备注：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课程纲要以太网交换基本概念以太网交换基本概念队头阻塞队头阻塞流控流控流量控制流量控制定义：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