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转发能力、线速转发、交换带宽

2023-08-31 12:05

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一、背板带宽

背板带宽也称交换容量,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,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。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。

计算公式如下

背板带宽=端口数量×端口速率×2

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。

例如:
如何一款交换机有24个端口,

背板带宽=2410002/1000=48Gbps。

二、二层三层的包转发率

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。对于三层核心交换机而言,若欲实现网络的无阻塞传输,这个速率能≤标称二层包转发速率和速率能≤标称三层包转发速率,那么交换机在做第二层和第三层交换的时候可以做到线速。

公式如下

吞吐量(Mpps)=万兆位端口数量×14.88 Mpps+千兆位端口数量×1.488 Mpps+百兆位端口数量×0.1488 Mpps。
算出的吞吐如果小于你交换机的吞吐量的话,那就可以做到线速。

这里面万兆位端口与百兆端口如果有就算上去,没有就可以不用算。

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24×1.488 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(176×1.488 Mpps=261.8 Mpps),才是真正的无阻塞结构设计。

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148.8kpps。

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。
这个数据我们能用就行。

所以说,如果能满足上面三个条件(背板带宽、包转发率)那么我们就说这款核心交换机真正做到了线性无阻塞。

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。

三、可扩展性

可扩展性应当包括两个方面:

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。

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、10Gbps模块等,以适 应大中型网络中复杂环境和网络应用的需求。

四、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 外,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

五、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。

六、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。

七、网络收敛(带宽收敛)

带宽收敛,是指数据报文在数据中心网络架构的转发过程中,由于网络架构、网络设备等非故障原因而不能实现“线速无丢包(即:无
阻塞交换),的数据报文转发。在带宽收敛时,网络设备会有部分端口会被拥塞,进而丢弃部分报文。

而带宽收敛比,则是用于描述不同的收敛程度的一个数值。通常的,使用一个网络架构中的所有南向(下行)接口的总带宽比上所有
北向(上行)接口的总带宽来表示。

例如:假设有10台服务器,每台服务器通过IOGE的接口连接到一个接入交换机,那我们一共就有100G(10×10G=100G)的南向带
宽。假设这台交换机还有2个40GE的接口可以用于接入到更高一层的氵匚聚交换机,那我们一共就有80G(2×40G=80G)的北向带宽。
此时,我们得到的收敛比则是1.25:1(100G/80G=1.25)或者5:4。
值得注意的是,带宽收敛比的影响因素不仅仅是上下行带宽的数值比例,在实际情况中,还会存在网络设备自身非线速交换和网络架构设
备失误导致的带宽损耗。总的来说,我们可以将带宽收敛的原因分为两类.
1,交换机不支持线速转发,在交换机内部可能形成流量收敛。
2,网络架构设计的原因,无论交换机是否线速,转发报文时也会存在流量收敛
当然,最理想的收敛比是1:1。但是,低收敛比的网络架构就意味着要使用更高上行端口带宽的设备,这意味着更多的投入。实际上,数
据中心的服务器也并非每时每刻都工作在高负荷下占满100%的带宽,也就是说即使不是1:1的收敛比,也不一定会出现数据报文拥塞丢
包,业务仍可以正常运行。因此,找到“成本的成效"两者之间的平衡,找到最适合的收敛比,是网络架构设备的关键。
一般在园区网,由于流量压力不大,园区网网络一般都会存在较大的流量收敛;但在数据中心网络,由于其对性能要求高,流量收敛的设
计就十分重要了。

来源地址:https://blog.csdn.net/qq_27546717/article/details/130903094

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