SDN交换机机器选型

作者按:主要是对SDN交换机一些重要特性的解释,方便选择满足自己需求的SDN交换机。

1.包转发率

包转发率以能够处理最小包长来衡量,对于以太网来说最小包为64bytes,加上帧开销20bytes(8byte的前导字节以及12byte的帧间间隙),最小包是84bytes[3]
计算方法如下:
对于一个全双工千兆接口达到线速时要求:包转发率=1000Mbps/(84*8)=1.488Mpps.
同理,全双工万兆接口达到线速时要求包转发率为14.488Mpps。

2.交换容量

交换机的交换容量又称为背板带宽交换带宽,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。交换容量表明了交换机总的数据交换能力,单位为Gbps。一台交换机的交换容量越高,所能处理数据的能力就越强,但同时设计成本也会越高[1]
我们在购买交换机时希望交换机能达到最佳性能,即要求交换机做到做到线性无阻塞传输。那么我们就要判断待买交换机是否存在阻塞的结构设计[2]

  • 所有端口容量×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;
  • 满配置吞吐量(Mbps)=满配置GE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,一台交换机可提供16个千兆端口,其满配置吞吐量应达到16 × 1.488Mpps = 23.168Mpps,才能够确保所有端口均限速工作时,提供无阻塞的包交换。

3.端口聚合

英文简称EtherChannel(以太通道),是由Cisco研发的,应用于交换机之间的多链路捆绑技术。它的基本原理是:

  • 将两个设备间多条物理链路捆绑在一起组成一条逻辑链路,从而达到带宽倍增的目的(这条逻辑链路带宽相当于物理链路带宽之和);
  • 除了增加带宽外,端口聚合还可以在多条链路上均衡分配流量,起到负载分担的作用;当一条或多条链路故障时,只要还有链路正常,流量将转移到其它的链路上,整个过程在几毫秒内完成,从而起到冗余的作用,增强了网络的稳定性和安全性;
  • 两台交换机之间是否形成EtherChannel也可以用协议自动协商。目前有两个协商协议:PAgP和LACP,PAgP(端口汇聚协议,Port Aggregation Protocol)是Cisco私有的协议,而LACP(链路汇聚控制协议 Link Aggregation Control Protocol)是基于IEEE 802.3ad的国际标准,是一种实现链路动态聚合的协议[4]
    一般情况下,交换机生产厂商会说明该交换机支持哪几种端口聚合,是否支持动态/静态聚合/跨设备聚合等。

4.流量控制

一般情况下,交换机厂商都会在这一栏写支持802.3x流控
在全双工环境中,服务器和交换机之间的连接是一种无碰撞(CSMA/CD机制)的发送和接收通道。由于没有碰撞检测,且不允许交换机通过产生一次冲突而使得服务器停止发送,那么服务器将一直发送到交换机的帧缓冲器溢出。
因此,IEEE 802.3x 规定了一种64字节的“PAUSE”MAC控制帧的格式。当端口发生阻塞时,交换机向信息源发送 “PAUSE”帧,告诉信息源暂停一段时间再发送信息。
在实际的网络中,尤其是一般局域网,产生网络拥塞的情况极少,所以有的厂家的交换机并不支持流量控制。高性能的交换机应该支持后退压力算法和IEEE802.3x流控[5]
综上所述:一般对SDN交换机数据接口的传输速率要求较高,所以在购买OpenFlow交换机时,希望待买交换机支持802.3x流控

5.风暴抑制

简单来说,就是大量的广播/单播/组播报文在一瞬间涌向交换机端口时,为了防止交换机的CPU利用率过高,风暴抑制使用阈值的上升和下降参数来控制广播风暴[6]
默认情况下,风暴抑制被禁用。

6.Jumbo Frame

“巨型帧”
一些网络设备的新型厂商大胆的吧以太网的最大帧长扩展到9K,加大帧长的好处在于,减少了网络中数据包的个数,减轻了网络设备处理包头的额外开销。这是一种厂商标准的超长帧格式,专门为千兆以太网设计,目前还没有获得IEEE标准委员会的认可[7]
综上所述,这个功能支不支持看购买者的需求。

7.QSPF和SPF

QSFP可以作为一种光纤解决方案,并且速度和密度均优于4通道CX4接口。由于可在XFP相同的端口体积下以每通道10Gbps的速度支持四个通道的数据传输,所以QSFP的密度可以达到XFP产品的4倍,SFP+产品的3倍。具有4通道且密度比CX4高的QSFP接口已经被InfiniBand标准所采用 [8]

8. 路由策略和策略路由

路由策略是根据一些规则,使用某种策略改变规则中/影响路由发布、接收或路由选择/的参数而改变路由发现的结果,最终改变的是路由表的内容。是在路由发现的时候产生作用。
  策略路由是尽管存在当前最优的路由,但是针对某些特别的主机(或应用、协议)不使用当前路由表中的转发路径而单独使用别的转发路径。在数据包转发的时候发生作用、不改变路由表中任何内容。
  策略路由的优先级比路由策略高,当路由器接收到数据包,并进行转发的时候,会优先根据策略路由的规则进行匹配,如果能匹配上,则根据策略路由来转发,否则按照路由表中转发路径来进行转发。
  ,路由策略是路由发现规则,策略路由是数据包转发规则。其实将“策略路由”理解为“转发策略”,这样更容易理解与区分。由于转发在底层,路由在高层,所以转发的优先级比路由的优先级高,这点也能理解的通。
  其实路由器中存在两种类型和层次的表,一个是路由表(routing-table),另一个是转发表(forwording-table)。转发表是由路由表映射过来的,策略路由直接作用于转发表,路由策略直接作用于路由表。


最终建议:
其实主要考虑的还是端口速率和端口数目。对于SDN交换机的购买还需要着重考虑交换机所支持的南向协议的种类。目前市面上可购买到的交换机,一般都支持OpenFlow和NetConf这两种典型的南向协议。

参考文献:

[1] 路由器,整机交换容量:80Gbps是什么概念?
[2] 交换机的背板容量、交换容量和包转发能力有何区别?
[3] 交换机背板带宽、交换容量、包转发率和线速转发的含义
[4] Cisco交换机端口聚合(EtherChannel)
[5] 交换机流量控制原理
[6] cisco交换机风暴控制
[7] jumbo frame介绍
[8] QSPF百度百科
[9] 路由策略和策略路由的区别

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