交换机的几种主要技术参数详解和计算

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1、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W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x1.488Mpps+百兆端口数量*0.1488Mpps+其余类型端口 数*相应计

2、算方法，如果这个速率能W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x1.488Mpps+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W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）by

3、te=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 148.8kpps。*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

4、 端口，一个线速端口的包转发率为 4.68MppS。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

5、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。如何考察交换机背板带宽是否够用背板带宽，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。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上去。但是，我们如何去考察一个交换机的背板带宽是否够用呢?显然，通过估算的方法是没 有用的，我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

6、条件。2、满配置吞吐量(Mbps)=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。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

7、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。1. 背板带宽:指所有业务板与交换路由引擎之间总的通信带宽(比较虚)2. 交换容量:对机箱式交换机而言,它表示某种引擎在某种机箱上所能发挥出来的最大交 换能力计算方式:箱式的由引擎决定低端的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3. 包转发率:它是指每秒种交换机整机所能转发的数据包数量,以太网以64字节的最小包 为

8、标准,当然计算的时候要加上20 字节的帧计算方式: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例如:一台 8*100M/1*1000M 口的交换机包转发率为 2.68M4. 端口容量:全双工下是交换机端口容量的两倍计算方式:端口容量=2*(n*100Mbps+m*1000Mbps)(n：表示交换机有n个100M

9、端口，m：表示交 换机有 m 个 1000M 端口)例如:一台8*100M/1*1000M 口的交换机端口容量为3.6G核心交换机应当全部采用模块化结构，必须拥有相当数量的插槽，具有强大的网络扩展 能力，以保护原由的投资。模块化结构拥有更强劲的性能、更大的灵活性和可扩充性，可以 根据现实或者未来的需要选择不同数量、不同速率和不同接口类型的模块，以适应千变万化 的网络需求。可扩展性应当包括两个方面：1、插槽数量。插槽用于安装各种功能模块和接口模块。由于 每个接口模块所提供的端 口数量是一定的，因此插槽数量也就从根本上决定着交换机所能容纳的端口数量。另外，所 有功能模块(如超级引擎模块、 IP 语

10、音模块、 扩展服务模块、网络监控模块、安全服务模块 等)都需要占用一个插槽，因此插槽数量也就从根本上决定着交换机的可扩展性。2、模块类型。毫无疑问，支持的模块类型(如LAN接口模块、WAN接口模块、ATM接 口模块、 扩展功能模块等)越多，交换机的可扩展性越强。仅以局域网接口模块为例，就应 当包括RJ-45模块、GBIC模块、SFP模块、lOGbps模块等，以适应大中型网络中复杂环境 和网络应用的需求。转发速率 网络中的数据是由一个个数据包组成，对每个数据包的处理要消耗资源。转发速率（也 称吞吐量）是指在不丢包的情况下，单位时间内通过的数据包数量。吞吐量就 像是立交桥的 车流量，是三层交换机最

11、重要的一个参数，标志着交换机的具体性能。如果吞吐量太小，就 会成为网络瓶颈，给整个网络的传输效率带来负面影响。交 换机应当能够实现线速交换， 即交换速率达到传输线上的数据传输速度，从而最大限度地消除交换瓶颈。对于千兆位交换 机而言，若欲实现网络的无阻塞传输，要 求：吞吐量（Mpps）=万兆位端口数量x14.88 Mpps+千兆位端口数量x1.488 Mpps+百兆位端口 数量 x0.1488 Mpps如果交换机标称的吞吐量大于或等于计算值，那么在三层交换时应当可以达到线速。其 中， 1个万兆位端口在包长为64 B 时的理论吞吐量为14.88 Mpps，1个千兆位端口在包长为64 B时的理论吞吐

12、量为1.488 Mpps，1个百兆位端口在包长为64 B时的理论吞吐量为0.1488 Mpps。那么这些数值是如何得到的呢？事实上，包转发线速的衡量标准是以单位时间内发送64 B的数据包（最小包）的个数作为 计算基准的。以千兆位以太网端口为例，其计算方法如下：1,000,000,000 bps/8 bit/ （64+8+12） B =1,488,095 pps以太网帧为 64 B 时，需考虑8 B 的帧头和12 B 的帧间隙的固定开销。由此可见，线速 的千兆位以太网端口的包转发率为1.488 Mpps。万兆位以太网的线速端口包转发率，正好为 千兆位以太网的10 倍,即14.88 Mpps;而快

13、速以太网的线速端口包转发率，则为千兆位以太 网的十分之一，即 0.1488 Mpps。例如，对于一台拥有 24 个千兆位端口的交换机而言，其满配置吞吐量应达到 8x1.488 Mpps=35.71 Mpps，才能够确保在所有端口均线速工作时，实现无阻塞的包交换。同样，如 果一台交换机最多能够提供 176 个千兆位端口， 那么其吞吐量至少应当为 261.8 Mpps（176x1.488 Mpps=261.8 Mpps），才是真正的无阻塞结构设计。背板带宽 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，就像是立交桥 所拥有的车道的总和。由于所有端口间的通信都需要通过背板完成，所以

14、背板 所能提供的 带宽，就成为端口间并发通信时的瓶颈。带宽越大，提供给各端口的可用带宽越大，数据交 换速度越大;带宽越小，给各端口提供的可用带宽越小，数据 交换速度也就越慢。也就是说， 背板带宽决定着交换机的数据处理能力，背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强。因此， 背板带宽越大越好，特别是对那些汇聚 层交换机和中心交换机而言。若欲实现网络的全双 工无阻塞传输，必须满足最小背板带宽的要求。其计算公式如下：背板带宽=端口数量x端口速率x2 提示：对于三层交换机而言，只有转发速率和背板带宽都达到最低要求，才是合格的交 换机，二者缺一不可。四层交换 第四层交换用于实现对网络服务的快速访问。在四层交

15、换中，决定传输的依据不仅仅是 MAC地址（第二层网桥）或源/目标地址（第三层路由），而且包括TCP /UDP（第四层）应用端口号， 被设计用于高速Intranet应用。四层交换除了负载均衡功能外，还支持基于应用类型和用户 ID的传输流控制功能。此夕卜，四层交换机直接安放在服务器前端，它了解应用会话内容和 用户权限，因而使它成为防止非授权访问服务器的理想平台。模块冗余冗余能力是网络安全运行的保证。任何厂商都不能保证其产品在运行的过程中不发生故 障。而故障发生时能否迅速切换就取决于设备的冗余能力。对于核心交换机而 言，重要部 件都应当拥有冗余能力，比如管理模块冗余、电源冗余等，这样才可以在最大程度上保证网 络稳定运行。路由冗余利用HSRP、VRRP协议保证核心设备的负荷分担和热备份，在核心交换机和双汇聚交换 机中的某台交换机出现故障时，三层路由设备和虚拟网关能够快速切换，实现双线路的冗余 备份，保证整网稳定性。核心交换机是整个网络的核心和心脏，如果发生致命性的故障，将导致本地