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交換機(jī)背板帶寬、包轉(zhuǎn)發(fā)率的計(jì)算方法
資源天下 2019/8/18 9:58:37
1. 計(jì)算公式說明
交換機(jī)的背板帶寬，是交換機(jī)接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。背板帶寬標(biāo)志了交換機(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力，單位為Gbps，也叫交換帶寬，一般的交換機(jī)的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺交換機(jī)的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)，但同時(shí)設(shè)計(jì)成本也會越高。
一般來講，計(jì)算方法如下：
（1）線速的背板帶寬
考察交換機(jī)上所有端口能提供的總帶寬。計(jì)算公式為端口數(shù)×相應(yīng)端口速率×2（全雙工模式），如果總帶寬≤標(biāo)稱背板帶寬，那么在背板帶寬上是線速的。
（2）第二層包轉(zhuǎn)發(fā)線速
第二層包轉(zhuǎn)發(fā)率=千兆端口數(shù)量×1.488Mpps+百兆端口數(shù)量×0.1488Mpps+其余類型端口數(shù)×相應(yīng)計(jì)算方法，如果這個(gè)速率能≤標(biāo)稱二層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機(jī)在做第二層交換的時(shí)候可以做到線速。
（3）第三層包轉(zhuǎn)發(fā)線速
第三層包轉(zhuǎn)發(fā)率=千兆端口數(shù)量×1.488Mpps+百兆端口數(shù)量×0.1488Mpps+其余類型端口數(shù)×相應(yīng)計(jì)算方法，如果這個(gè)速率能≤標(biāo)稱三層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機(jī)在做第三層交換的時(shí)候可以做到線速。
所以說，如果能滿足上面三個(gè)條件，那么我們就說這款交換機(jī)真正做到了線性無阻塞。
背板帶寬資源的利用率與交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。目前交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：一是共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)依賴中心交換引擎來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(nèi)存帶寬、很高的管理費(fèi)用，尤其是隨著交換機(jī)端口的增加，中央內(nèi)存的價(jià)格會很高，因而交換機(jī)內(nèi)核成為性能實(shí)現(xiàn)的瓶頸；二是交叉總線結(jié)構(gòu)，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；三是混合交叉總線結(jié)構(gòu)，這是一種混合交叉總線實(shí)現(xiàn)方式，它的設(shè)計(jì)思路是，將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過一條高性能的總線連接。其優(yōu)點(diǎn)是減少了交叉總線數(shù)，降低了成本，減少了總線爭用；但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。
2. 端口速率計(jì)算
以太網(wǎng)傳輸最小包長就是64字節(jié)、POS口是40字節(jié)。包轉(zhuǎn)發(fā)線速的衡量標(biāo)準(zhǔn)是以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送64byte的數(shù)據(jù)包（最小包）的個(gè)數(shù)作為計(jì)算基準(zhǔn)的。對于千兆以太網(wǎng)來說，計(jì)算方法如下：1，000，000，000bps/8bit/（64＋8＋12）byte=1,488,095pps 說明：當(dāng)以太網(wǎng)幀為64byte時(shí)，需考慮8byte的幀頭和12byte的幀間隙的固定開銷。故一個(gè)線速的千兆以太網(wǎng)端口在轉(zhuǎn)發(fā)64byte包時(shí)的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。快速以太網(wǎng)的線速端口包轉(zhuǎn)發(fā)率正好為千兆以太網(wǎng)的十分之一，為148.8kpps。
表1 不同網(wǎng)絡(luò)的包轉(zhuǎn)發(fā)率標(biāo)準(zhǔn)
序號 端口類型 包轉(zhuǎn)發(fā)率
1 萬兆以太網(wǎng) 14.88Mpps
2 千兆以太網(wǎng) 1.488Mpps
3 百兆以太網(wǎng) 0.1488Mpps
OC-3 POS 0.29Mpps
4 OC-12 POS 1.17Mpps
5 OC-48 POS 468MppS
3. 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(jié)的前導(dǎo)符，前導(dǎo)符的作用在于告訴監(jiān)聽設(shè)備數(shù)據(jù)將要到來。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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定最小是12個(gè)字節(jié)，然而幀間隙在實(shí)際應(yīng)用中有可能會比12個(gè)字節(jié)要大，在這里我用了最小值。每個(gè)幀都要有20個(gè)字節(jié)的固定開銷，現(xiàn)在我們再來算一下交換機(jī)單個(gè)端口的實(shí)際吞吐量：148，809×（64+8+12）×8≈100Mbps，通過這個(gè)公式不難看出，真正的數(shù)據(jù)交換量占到64/84=76%，交換機(jī)端口鏈路的"線速"數(shù)據(jù)吞吐量實(shí)際上只有76Mbps，另外一部分被用來處理了額外的開銷，這兩者加起來才是標(biāo)準(zhǔn)的百兆或者千兆。
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