交换机性能参数

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交换机性能参数

1 线速 wire speed, wire rate, line rate

指线缆中能流过的最大帧数，是理论值。
对网络设备而言， “ 线速转发 ” 意味着无延迟地处理线速收到的帧，无阻塞（ Nonblocking ）交换。

 

2 转发速率 & 吞吐量 —— pps
2.1 转发速率 　 Forwarding rate (based on 64-byte packets) 指基于 64 字节分组 ，在单位时间内交换机转发的数据总数。

转发速率体现了交换引擎的转发性能 。 RFC 规定标准的以太网帧尺寸在 64 字节到 1518 字节之间 ，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。在以太网中，每个帧头都加上了 8 个字节 的前导符（ 7 个 10101010 八位组， 1 个 10101011 八位组），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 ，虽然帧间隙在实际应用中有可能会比 12 个字节要大，但是在衡量交换机包转发能力时应当采用最小值。

计算公式：

当交换机达到线速时包转发率 Mpps(Mega packet per second)
＝ (1000Mbit× 千兆端口数量＋ 100Mbit× 百兆端口数量＋ 10Mbit× 十兆端口数量＋其它速率的端口类推累加 )/((64+12+8)bytes×8bit/bytes)
＝ 1.488Mpps× 千兆端口数量 +0.1488Mpps× 百兆端口数量 + 其它速率的端口类推累加

 

如果交换机的该指标参数值小于此公式计算结果则说明不能够实现线速转发，反之还必须进一步衡量其它参数。

 

对于以太网最小包为 64BYTE ，加上帧开销 20BYTE ，因此最小包为 84BYTE 。

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) ＝ 0.1488Mpps

 

2.2 端口吞吐量
－反映端口的分组转发能力
－常采用两个相同速率端口进行测试，与被测口的位置有关
－吞吐量是指在没有帧丢失的情况下，设备能够接受的最大速率。 其测试方法是：在测试中以一定速率发送一定数量的帧，并计算待测设备传输的帧，如果发送的帧与接收的帧数量相等，那么就将发送速率提高并重新测试；如果接收帧少于发送帧则降低发送速率重新测试，直至得出最终结果。

吞吐量和转发速率是反映网络设备性能的重要指标，一般采用 FDT(Full Duplex Throughput) 来衡量，指 64 字节数据包的全双工吞吐量，该指标既包括吞吐量指标也涵盖了报文转发率指标。

2.3 满配置吞吐量
所有端口的线速转发率之和

满配置吞吐量（ Mpps ）
＝ 1.488Mpps× 千兆端口数量 +0.1488Mpps× 百兆端口数量 + 其它速率的端口类推累加

3 背板带宽 vs. 交换容量 —— bps
3.1 交换引擎
－实现系统数据包交换、协议分析、系统管理
－交换机的核心部分，类似于 PC 机的 CPU+OS
－分组的交换主要通过专用的 ASIC 芯片实现

3.2 背板带宽　 backboard bandwidth
交换机背板是设计值，可以大于等于交换容量（此为达到线速交换机的一个标准）。厂家在设计的时候考虑了将来模块的升级，比如模块从开始的百兆升级到支持千兆、万兆，端口密度增加等。背板带宽多指模块化交换机。 它决定了各模板与交换引擎间的连接带宽的最高上限。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。

3.3 交换容量
－交换容量（最大转发带宽、吞吐量）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。交换机达到线速时，交换容量等于端口数 × 相应端口速率 ×2 （全双工模式）

－模块化交换机的业务模块亦可实现本地交换，其交换容量是（引擎＋模块）的交换容量总和
－转发带宽（ forwarding bandwidth ），交换矩阵（ switching fabric ）

 

 

 

 

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。

    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。

    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 。快速以太网的统速端口包转发率正好为千兆以太网的十分之一，为 148.8mpps 。

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。