解析交換機背板帶寬延遲

一臺交換機背板帶寬越高，所能處理數據的能力就越強，當然設計成本也會(huì )增高。

　　一般來(lái)講，交換機背板帶寬計算方法如下:

　　1)線(xiàn)速的背板帶寬

　　考察交換機上所有端口能提供的總帶寬。計算公式為端口數*相應端口速率*2(全雙工模式)如果總帶寬≤標稱(chēng)背板帶寬，那么在背板帶寬上是線(xiàn)速的。

　　2)第二層包轉發(fā)線(xiàn)速

　　第二層包轉發(fā)率=千兆端口數量×1.488Mpps+百兆端口數量*0.1488Mpps+其余類(lèi)型端口數*相應計算方法，如果這個(gè)速率能≤標稱(chēng)二層包轉發(fā)速率，那么交換機在做第二層交換的時(shí)候可以做到線(xiàn)速。

　　3)第三層包轉發(fā)線(xiàn)速

　　第三層包轉發(fā)率=千兆端口數量×1.488Mpps+百兆端口數量*0.1488Mpps+其余類(lèi)型端口數*相應計算方法，如果這個(gè)速率能≤標稱(chēng)三層包轉發(fā)速率，那么交換機在做第三層交換的時(shí)候可以做到線(xiàn)速。

　　那么，1.488Mpps是怎么得到的呢?

　　包轉發(fā)線(xiàn)速的衡量標準是以單位時(shí)間內發(fā)送64byte的數據包(最小包)的個(gè)數作為計算基準的。對于千兆以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，計算方法如下：1，000， 000，000bps/8bit/(64+8+12)byte=1,488,095pps 說(shuō)明：當以太網(wǎng)幀為64byte時(shí)，需考慮8byte的幀頭和12byte的幀間隙的固定開(kāi)銷(xiāo)。故一個(gè)線(xiàn)速的千兆以太網(wǎng)端口在轉發(fā)64byte包時(shí)的包轉發(fā)率為1.488Mpps?？焖僖蕴W(wǎng)的統速端口包轉發(fā)率正好為千兆以太網(wǎng)的十分之一，為148.8kpps。

　　*對于萬(wàn)兆以太網(wǎng)，一個(gè)線(xiàn)速端口的包轉發(fā)率為14.88Mpps。

　　*對于千兆以太網(wǎng)，一個(gè)線(xiàn)速端口的包轉發(fā)率為1.488Mpps。

　　*對于快速以太網(wǎng)，一個(gè)線(xiàn)速端口的包轉發(fā)率為0.1488Mpps。

　　*對于OC-12的POS端口，一個(gè)線(xiàn)速端口的包轉發(fā)率為1.17Mpps。

　　*對于OC-48的POS端口，一個(gè)線(xiàn)速端口的包轉發(fā)率為4.68MppS。

　　所以說(shuō)，如果能滿(mǎn)足上面三個(gè)條件，那么我們就說(shuō)這款交換機真正做到了線(xiàn)性無(wú)阻塞

　　背板帶寬資源的利用率與交換機的內部結構息息相關(guān)。目前交換機的內部結構主要有以下幾種：一是共享內存結構，這種結構依賴(lài)中心交換引擎來(lái)提供全端口的高性能連接，由核心引擎檢查每個(gè)輸入包以決定路由。這種方法需要很大的內存帶寬、很高的管理費用，尤其是隨著(zhù)交換機端口的增加，中央內存的價(jià)格會(huì )很高，因而交換機內核成為性能實(shí)現的瓶頸;二是交叉總線(xiàn)結構，它可在端口間建立直接的點(diǎn)對點(diǎn)連接，這對于單點(diǎn)傳輸性能很好，但不適合多點(diǎn)傳輸;三是混合交叉總線(xiàn)結構，這是一種混合交叉總線(xiàn)實(shí)現方式，它的設計思路是，將一體的交叉總線(xiàn)矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過(guò)一條高性能的總線(xiàn)連接。其優(yōu)點(diǎn)是減少了交叉總線(xiàn)數，降低了成本，減少了總線(xiàn)爭用;但連接交叉矩陣的總線(xiàn)成為新的性能瓶頸。

　　如何考察交換機背板帶寬是否夠用

　　背板帶寬，是交換機接口處理器或接口卡和數據總線(xiàn)間所能吞吐的最大數據量。一臺交換機的背板帶寬越高，所能處理數據的能力就越強，但同時(shí)設計成本也會(huì )上去。

　　但是，我們如何去考察一個(gè)交換機的背板帶寬是否夠用呢?顯然，通過(guò)估算的方法是沒(méi)有用的，我認為應該從兩個(gè)方面來(lái)考慮:

　　1、所有端口容量X端口數量之和的2倍應該小于背板帶寬，可實(shí)現全雙工無(wú)阻塞交換，證明交換機具有發(fā)揮最大數據交換性能的條件。

　　2、滿(mǎn)配置吞吐量(Mbps)=滿(mǎn)配置GE端口數×1.488Mpps其中1個(gè)千兆端口在包長(cháng)為64字節時(shí)的理論吞吐量為1.488Mpps。例如，一臺最多可以提供64個(gè)千兆端口的交換機，其滿(mǎn)配置吞吐量應達到 64×1.488Mpps = 95.2Mpps，才能夠確保在所有端口均線(xiàn)速工作時(shí)，提供無(wú)阻塞的包交換。如果一臺交換機最多能夠提供176個(gè)千兆端口，而宣稱(chēng)的吞吐量為不到261.8Mpps(176 x 1.488Mpps = 261.8)，那么用戶(hù)有理由認為該交換機采用的是有阻塞的結構設計。

　　一般是兩者都滿(mǎn)足的交換機才是合格的交換機。

　　背板相對大，吞吐量相對小的交換機，除了保留了升級擴展的能力外就是軟件效率/專(zhuān)用芯片電路設計有問(wèn)題;背板相對小。吞吐量相對大的交換機，整體性能比較高。不過(guò)背板帶寬是可以相信廠(chǎng)家的宣傳的，可吞吐量是無(wú)法相信廠(chǎng)家的宣傳的，因為后者是個(gè)設計值，測試很困難的并且意義不是很大。

　　交換機的背版速率一般是：Mbps,指的是第二層，　對于三層以上的交換才采用Mpps

　　端口速率計算

　　以太網(wǎng)傳輸最小包長(cháng)就是64字節、POS口是40字節。包轉發(fā)線(xiàn)速的衡量標準是以單位時(shí)間內發(fā)送64byte的數據包(最小包)的個(gè)數作為計算基準的。對于千兆以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，計算方法如下：1，000，000，000bps/8bit/(64+8+12)byte=1,488,095pps 說(shuō)明：當以太網(wǎng)幀為64byte時(shí)，需考慮8byte的幀頭和12byte的幀間隙的固定開(kāi)銷(xiāo)。故一個(gè)線(xiàn)速的千兆以太網(wǎng)端口在轉發(fā)64byte包時(shí)的包轉發(fā)率為1.488Mpps?？焖僖蕴W(wǎng)的線(xiàn)速端口包轉發(fā)率正好為千兆以太網(wǎng)的十分之一，為148.8kpps。

　　488Mpps?？焖僖蕴W(wǎng)的線(xiàn)速端口包轉發(fā)率正好為千兆以太網(wǎng)的十分之一，為148.8kpps。

　　端口總速率

　　在以太網(wǎng)中，每個(gè)幀頭都要加上了8個(gè)字節的前導符，前導符的作用在于告訴監聽(tīng)設備數據將要到來(lái)。然后，以太網(wǎng)中的每個(gè)幀之間都要有幀間隙，即每發(fā)完一個(gè)幀之后要等待一段時(shí)間再發(fā)另外一個(gè)幀，在以太網(wǎng)標準中規定最小是12個(gè)字節，然而幀間隙在實(shí)際應用中有可能會(huì )比12個(gè)字節要大，在這里我用了最小值。每個(gè)幀都要有20個(gè)字節的固定開(kāi)銷(xiāo)，現在我們再來(lái)算一下交換機單個(gè)端口的實(shí)際吞吐量：148，809×(64+8+12)×8≈100Mbps，通過(guò)這個(gè)公式不難看出，真正的數據交換量占到64/84=76%，交換機端口鏈路的線(xiàn)速數據吞吐量實(shí)際上只有76Mbps，另外一部分被用來(lái)處理了額外的開(kāi)銷(xiāo)，這兩者加起來(lái)才是標準的百兆或者千兆。

發(fā)布者：博子