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交换机的背板容量、交换容量和包转发的不同?

时间:2017-12-25 来源:本站


交换机小编给大家普及一下交换机相关的知识点,“交换机的背板容量、交换机容量和包转发能力有什么区别呢?


”背板容量指的是背板整个的交换容量,交换容量指cpu的交换容量,包转发指的是三层转发的容量。1、交换机背板带宽是指交换机的背板带宽,是交换机接口处理器或接口卡和数;(1)共享内存结构,这种结构依赖中心交换引擎来提供;(2)交叉总线结构,它可在端口间建立直接的点对点连;(3)混合交叉总线结构,这是一种混合交叉总线实现方;这是我们购买交接机最佳性能的要求。

一、交换机背板带宽

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。 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。


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?显然,通过估算的方法是没有用的,小编认为应该从两个方面来考虑:


1、所有端口容量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。


2、满配置吞吐量(Mbps)=满配置GE端口数×1.488Mpps,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 64×1.488Mpps = 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。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(176 x 1.488Mpps = 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。一般是两者都满足的交换机才是合格的交换机。


背板相对大,吞吐量相对小的交换机,除了保留了升级扩展的能力外就是软件效率/专用芯片电路设计有问题;背板相对小。吞吐量相对大的交换机,整体性能比较高。不过背板带宽是可以相信厂家的宣传的,可吞吐量是无法相信厂家的宣传的,因为后者是个设计值,测试很困难的并且意义不是很大。交换机的背版速率一般是:Mbps,指的是第二层,对于三层以上的交换才采用Mpps。


二、如何计算交换机背板带宽?

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。


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。 那么,1.488Mpps是怎么得到的呢?


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/(64+8+12)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。


*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。“目前,背板都采用无源设计。


背板总线技术主要有三种:LVDS、LVTDL、GLT等。对于如2.5Gbit/s和2.5Gbit/s以下中低速系统,由于系统容量不是非常大,系统的瓶颈不在背板总线,所以对背板总线速率没有严格要求,一般采用LVTDL或GLT技术,背板总线为77Mbit/s或38Mbit/s,如此已经完全满足系统的要求。倘若采用LVDS(低压差分信号)技术使背板总线速率提高到622Mbit/s,除了方便背板布线外对系统几乎没有优化作用。对于高速通信系统,如10Gbit/s或其以上设备,由于系统速率和交叉容量非常高,对背板总线的速率和布线提出了更高的要求,所以一般采用LVDS技术。目前业界的背板速率一般为622Mbit/s或者777Mbit/s。”


三、交换容量是指什么?转发率是指什么?

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=12.8Gbps

背板带宽、引擎转发性能(交换容量、转发能力)


1、背板带宽

只有模块交换机(拥有可扩展插槽,可灵活改变端口数量)才有这个概念,固定端口交换机是没有这个概念的,并且固定端口交换机的背板容量和交换容量大小是相等的。背板带宽决定了各板卡(包括可扩展插槽中尚未安装的板卡)与交换引擎间连接带宽的最高上限。由于模块化交换机的体系结构不同,背板带宽并不能完全有效代表交换机的真正性能。固定端口交换机不存在背板带宽这个概念。


2、交换引擎的转发性能 (交换容量、转发能力)

由于交换引擎是作为模块化交换机数据包转发的核心,所以这一指标能够真实反映交换机的性能。对于固定端口交换机,交换引擎和网络接口模板是一体的,所以厂家提供的转发性能参数就是交换引擎的转发性能,这一指标是决定交换机性能的关键。支持第三层交换的设备会分别提供第二层转发速率和第三层转发速率,一般二层能力用bps,三层能力用pps,采用不同体系结构的模块化交换机,这两个参数的意义是不同的。但是,对于一般的局域网用户而言,只关心这两个指标就可以了,它是决定该系统性能的关键指标。对于大型园区网和城域网用户,讨论交换机的体系结构和第三层优化算法是有意义的。


3、PPS是如何计算的:

我们知道1个千兆端口的线速(包转发率是1.4881MPPS,百兆端口的线速包转发率是0.14881MPPS,这是国际标准,但是如何得来的呢?具体的数据包在传输过程中会在每个包的前面加上64个(前导符)preamble也就是一个64个字节的数据包,原本只有512个bit,但在传输过程中实际上会有512+64+96(96bit 帧间隙)=672bit,也就是这时一个数据包的长度实际上是有672bit的 千兆端口线速包转发率=1000Mbps/672=1.488095Mpps,约等于1.4881Mpps,百兆除于10为0.14881Mpps 设备选型时需要注意的几个方面:线速只能作为一个参考,绝大多数情况下端口实际速率不会达到线速;主频高点没有坏处,但是CPU在一般业务中的实际占用率是个很重要的指标。


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