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zh:network:switch [高清百科]

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zh:network:switch

交换机

Switch

交换机是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能,如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持。

交换机层数区别

二层交换机:二层交换机属数据链路层设备,可以识别数据包中的MAC地址信息,根据MAC地址进行转发,并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。

三层交换机:就是具有部分路由器功能的交换机,三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换,所具有的路由功能也是为这目的服务的,能够做到一次路由,多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现,而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能,由软件实现。三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术。

二层与三层交换机的选择

二层交换机用于小型的局域网络。在小型局域网中,广播包影响不大,二层交换机的快速交换功能、多个接入端口主要使用在前端高清摄像机的连接上。

三层交换机的最重要的功能是加快大型局域网络内部的数据的快速转发,如大型的多级网络监控项目,根据地域不同划分成多个VLAN局域网,这将导致大量的跨网段网际互访,若单纯使用二层交换机不能实现网际互访;若单纯的使用路由器,由于接口数量有限和路由转发速度慢,将限制网络的速度和网络规模。因此采用具有路由功能的快速转发的三层交换机就成为首选。

选购标准

交换机在网络中是一个非常关键的设备,那么如何选择一款适用的交换机无疑十分重要。交换机选购时,在性能方面除应满足吞吐量、时延、丢包率外,随着用户业务的增加和应用的深入,还要满足了一些额外的指标,如MAC地址数、路由表容量(三层交换机)、ACL数目、VLAN等。

交换机的延时

从交换机接收到数据包到开始向目的端口发送数据包之间的时间间隔。

丢包率

指测试中所丢失数据包数量占所发送数据包的比率,通常在吞吐量范围内测试。

交换机的背板带宽,交换容量,包转发率等是衡量交换机优劣的主要技术指标。

背板带宽指的是背板整个的交换容量,交换容量指cpu的交换容量,包转发率指的是三层转发的容量

背板带宽

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。

1)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。

2)线性无阻塞传输

我们购买交换机最佳性能,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、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。

B、满配置吞吐量(Mbps)=满配置端口数×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。

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(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。

  • 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;

交换机的背板速率一般是:Mbps,指的是第二层,对于三层以上的交换才采用Mpps。

3)背板带宽不存在与固定的端口的交换机中

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。

交换容量

它是内核CPU与总线的传输容量,一般比背板带宽小。低端交换机一般采用存储转发模式,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

高端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)

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,加上帧开销20 Byte,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)=0.149Mpps

单位:Mpps (兆个包每秒)

zh/network/switch.txt · 最后更改: 2016/02/02 16:25 由 AipStar