背板带宽(Backplane Bandwidth)
定义
背板带宽是指交换机内部各个组件之间传输数据的能力,它反映了所有交换板卡或接口卡通过中央总线或者交换矩阵可以达到的最高数据传输速率。背板带宽通常以每秒传输的比特数(bps, bits per second)来衡量。
一个交换机如果有较高的背板带宽,意味着它能够支持更多的数据流同时高速传输,从而可以支持更多的端口同时以接近线速进行数据包转发。
计算方法
背板带宽的计算较为直观。背板带宽通常是根据交换机所有端口在全线速状态下能够达到的最大数据吞吐量来计算的。
在理想状态下,背板带宽应该是所有端口速率之和的两倍(因为需要考虑输入和输出),但实际设计中可能因为成本和技术限制而做出不同的设计取舍。
计算公式:
背板带宽 = 总端口数 x 单个端口带宽 x 2
例:一个有24个1Gbps端口的交换机,理论上的背板带宽为48Gbps。这需要内部硬件设计(如总线结构、交换矩阵等)能够支持这样的数据速率。
其他
交换机的背板带宽还与交换机的其他特性和功能有关:
- 一些交换机支持堆叠(Stacking)功能,通过将多个交换机堆叠在一起,可以提高整体的背板带宽和性能。更高端的方式则是通过插入交换板卡的方式直接接入框式交换机。如下图1和图2(图来自互联网,侵删)。
- 交换机背板带宽是衡量交换机性能和数据传输效率的重要指标。通过合理选择背板带宽,可以满足网络中设备数量和数据传输量的需求,提高网络的稳定性和可靠性。
- 交换机的背板带宽是由交换机硬件设计决定的,一般在交换机的产品规格中会明确标注背板带宽的数值。例如,一个交换机的产品规格中标注背板带宽为100Gbps,意味着该交换机的背板支持的最大数据传输速率为100Gbps。
- 一般来说,若是交换机的产品规格中的背板带宽>=理论上的背板带宽,说明该交换机是线速交换机,能保证所有端口都线速工作时,提供无阻塞的包交换。
图1:华为盒式交换机进行istack堆叠
包转发率(Packet Forwarding Rate)
定义
包转发率通常指的是交换机能够处理数据包的速度,通常以每秒处理的包数(pps, packets per second)来衡量。这个指标反映了交换机处理小尺寸数据包能力的强弱。
对于不同尺寸的数据包,交换机可能有不同的转发率。对交换机来说,处理64字节数据包的能力通常是性能指标的一个重要标准,因为这是以太网上最小的包尺寸,处理这种小尺寸包的能力越强,表明交换机的处理能力越强。
计算方法
包转发率的计算通常基于交换机的测试结果,而不是单纯的理论计算。它取决于交换机的处理器速度、内存处理能力和软件效率等因素。
计算公式:
包转发率(pps) = 端口传输速率(bps) ÷(平均包大小 + 以太网帧前导码 + 帧间隙) ÷ 字节位数 x 对应速率端口数量
例:一个48口千兆交换机的理论包转发率为:(1000000000)÷( 64 + 8 + 12) ÷ 8 x 48 ≈ 71.43Mpps
其中:
- 1000000000bps =1000Mbps
- 64 = 以太网帧的最小长度
- 8 = 以太网帧前导码
- 12 = 帧间隙
- 第二个8 = 字节位数
以上是包转发率的理论最大值。
简化的公式则为:
包转发率(Mpps) = 14.88(万兆) x 对应端口数 + 1.488(千兆) x 对应端口数 + 0.1488(百兆)x 对应端口数
其他
在实际情况中,交换机的包转发率可能受到许多因素的影响:处理器速度、内存带宽、交换算法、排队策略和网络流量特性等。
计算公式给出的是理论上的最高值,实际的包转发率受到交换机处理能力和软件效率的限制,数据交换量应该会占到 76% (64 ÷ 84),其余部分用来处理开销。
因此实际使用时,如果厂商给出的包转发率高于理论上的最高值,则说明交换机的实际性能通过了性能测试。
两者之间的关系
背板带宽和包转发率这两个指标之间存在着直接和间接的关系。
直接关系
直接关系体现在总体性能上:
背板带宽是交换机的总体数据吞吐能力的度量,而包转发率则体现了交换机在单位时间内能够处理的数据包数量。
如果背板带宽较低,即使交换机具有很高的包转发率,也无法在所有端口上同时提供高速数据传输,因为内部数据传输路径会成为瓶颈。
同样,如果包转发率低,则可能无法充分利用背板带宽,因为交换机处理数据包的能力不足,特别是在有大量小尺寸数据包的情况下。
间接关系
间接关系体现在设计上:
背板带宽的设计决定了理论上交换机可以承载的数据流量上限,而包转发率则取决于交换机处理数据包的效率(例如处理器速度、内存带宽、软件优化等)。
如果选购一个交换机,需要确保这两个参数相互匹配,以避免性能瓶颈。
总的来说,为了达到最佳的网络性能,交换机的背板带宽和包转发率应相互匹配,并且与网络的需求相适应。
例如,在核心交换中,可能需要高背板带宽以处理大量的数据传输,同时也需要高包转发率来处理大量的南北/东西向流量(如双机热备互成环的情况下)。而在终端网络中,可能不需要如此高的背板带宽,但是仍然需要足够的包转发率以确保网络通信的流畅。
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