交换机的背板带宽,交换容量,包转发率量详解

交换机的背板带宽，交换容量，包转发率量详解知识储备（一） K、M、Gbps（kbit/s）就是bitspersecond，涉及的是传输速率，k表示1000，M表示1000000，G表示1000000000，如1kbps=1000bps正确。在实际应用中，常用的数据传输速率的单位有：kbit/s，Mbit/s，Gbit/s。其中：kbit/s=103bit/s，1Mbit/s=106bit/s，1Gbit/s=109bit/s而涉及存储量（文件大小）以8bit字节计时才用k表示1024，M表示1024x1024，G表示1024x1024x1024。（二） 背板带宽与交换容量背板带宽：交换机背板总线或交换矩阵的总吞吐能力，如同高速公路的设计总宽度。交换容量：某种引擎在某种机箱上能发挥出来的最大交换能力，如同高速公路实际可用的车道宽度，比设计总宽度更有参考价值。交换容量可以看做是交换机当前的一个整体性能指标，而背板带宽则说明了该机框具备的未来性能提升的空间。但是在好多产品技术手册上，常将两者等同。一、背板带宽交换机背板带宽含义交换机的背板带宽也叫背板容量，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，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。交换机的内部结构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。线性无阻塞传输我们购买交接机最佳性能，就是要求这款交换机做到了线性无阻塞传输。我们如何去考察一个交换机的背板带宽是否够用呢?如何去确定你买的交换机设计是否合理，存在阻塞的结构设计呢？计算公式：A、 每种端口的速率X端口数量之和的2倍应该小于背板带宽，可实现全双工无阻塞交换，证明交换机具有发挥最大数据交换性能的条件。B、 满配置吞吐量(Mpps)二满配置GE端口数X1.488Mpps，其中1个千兆端口在包长为64字节时的理论吞吐量为1.488Mpps。例如，一台最多可以提供64个千兆端口的交换机，其满配置吞吐量应达到64X1.488Mpps=95.2Mpps，才能够确保在所有端口均线速工作时，提供无阻塞的包交换。举例：如果一台交换机最多能够提供176个千兆端口，而宣称的吞吐量为不到261.8Mpps(176x1.488Mpps=261.8)，那么用户有理由认为该交换机采用的是有阻塞的结构设计。对于万兆以太网，一个线速端口的包转发率为14.88Mpps。对于千兆以太网，一个线速端口的包转发率为1.488Mpps。对于快速以太网，一个线速端口的包转发率为0.1488Mpps。对于OC—12的POS端口，一个线速端口的包转发率为1.17Mpps。对于OC—48的POS端口，一个线速端口的包转发率为468MppS。所以说，如果能满足上面两个条件，那么我们就说这款交换机真正做到了线性无阻塞；交换机背板速率单位一般为Mbps，指的是二层，对于三层以上交换才采用Mpps，bps=bit/s，每秒比特数；pps=packet/s，每秒包数交换机的交换容量（背板带宽|交换带宽）计算方法为：端口数*相应端口速率*2（全双工）。例如一台24口百兆交换机交换容量=24*100*2=4800Mbit=4.8Gbps交换机交换容量（背板带宽|交换带宽）和包转发率关系：交换容量二包转发速率*8*（64+8+12）*2（全双工）=1344*包转发速率所以评价一台交换机，不能只看接口速率和接口数量，还要从包转发率和交换容量（背板带宽|交换带宽）一起来衡量一台交换机的性能。,一台24口百兆交换机，包转发率要达到3.5712Mpps，交换容量（背板带宽|交换带宽）要达到4.8Gbps。如果这两个参数不能达到这个值，就说明交换机的性能不达标。二、交换容量交换机的交换容量，是指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。交换容量表明了交换机总的数据交换能力，单位是Gbps交换机端口数量*相应端口速率*2（全双工）48*1000Mbps*2=96000Mbps=96Gbps交换机容量（交换机的总带宽，也称端口总带宽） W（小于等于）背板带宽如果交换机容量小于等于背板带宽，那么背板带宽上是线速的。H3C低端LSW交换均采用存储转发模式，交换容量的大小由缓存（BUFFER）的位宽及其总线频率决定。即，交换容量=缓存位宽*缓存总线频率=96*133=12.8GbpsH3C高端的交换机的交换容量可以等于端口总容量的2倍，端口总容量=2*（n*100Mbps+m*1000Mbps）（n:表示交换机有n个100M端口，m：表示交换机有m个1000M端口）。——一般目前都是这种三、包转发率交换机的包转发率（吞吐量|包转发能力）指的是交换机转发数据包的能力，单位是pps（包每秒），也就是交换机每秒可以转发多少个数据包。一一注所有端口的转发能力总和才是交换机的包转发率转发能力以能够处理最小包长来衡量，对于以太网最小包为64Byte（由于以太网的冲突检测机制，所以以太网传输数据帧时对数据帧的大小有个限制，数据帧最小为64byte），加上帧开销20Byte（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，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)，因此最小包为84Byte。交换机接口速率：100Mbit/s的以太网接口，学过计算机的同学都知道，每8个bit组成一个字节，所以接一个百兆接口转换成节=12.5Mbyte/s，也就是说每秒这个以太网接口能转发12.5M个字节=12500000byte。以此百兆以太口为例，一个百兆以太口每秒最多转发12500000byte的数据，假设在最糟糕的情况下所传输的所有数据帧都是最小的84byte(当然如果传输的数据帧越大对交换机转发越有利，所以我们这里假设一个极端，在最糟糕的情况下)，那么这个百兆以太口每秒转发的数据帧为12500000/84=148809pps(帧/秒或包每秒)二148.8kpps=0.1488Mpps。——注：1000000K=1000M=1G也可直接用下面公式：对于1个全双工10Gbps接口达到线速时要求：转发能力=10000Mbps/((64+20)*8bit)=14.88Mpps对于1个全双工1000Mbps接口达到线速时要求：转发能力=1000Mbps/((64+20)*8bit)=1.488Mpps对于1个全双工100Mbps接口达到线速时要求：转发能力=100Mbps/((64+20)*8bit)=0.149Mpps单位：Mpps (兆个包每秒)举个例子，假设有一台24口10/100Base-TX以太网交换机，那么这台交换机的包转发率为24*0.1488Mpps=3.5712Mpps，如果再加上4个千兆以太口4*1.488Mpps=5.952Mpps。那么总共就是3.5712Mpps+5.952Mpps=9.5232Mpps。也就是说一台24口百兆+4口千兆的以太网交换机，只有整机包转发率达到9.5232Mpss的时候，才能实现线速转发。四、示例背板概念：我个人一直理解成电脑的总线。背板带宽(平时选型时可以等同于交换容量，下同)计算方式：每种端口的速率乘以端口数量之和，再乘以2背板带宽：接入交换机的背板带宽：以24口接入交换机为例(24个千兆口)24*1000x2(Mbit/s)/1000(Mbit/s)=48(Gbit/s)核心交换机的背板带宽：接入交换机数量乘以48(Gbit/s)实验1：桌面型交换机带20台电脑上网设备：桌面型交换机(俗称傻瓜交换机)厂家公布的包转发率：35.7Mpps接口：24个10/100/1000Base-TX以太网端口，(就是24个1000M)计算：1.488Mpps*24=35.712Mpps计算所得的包转发率：结果35.712Mpps二公布包转发率：35.7Mpps，满足全端口“线速转发”。厂家公布的背板带宽：48Gbps计算：24*1000x2(Mbit/s)/1000(Mbit/s)=48(Gbit/s)背板带宽：结果48(Gbit/s)<=厂家公布的背板带宽：48Gbps，满足全端口实验2：某个公司有300台电脑上网，三层核心怎么选。初步预计要用15个千兆交换机。通