背板带宽、引擎转发性能、满配吞吐量

背板带宽、引擎转发性能（交换容量、转发能力）、满配吞吐量

以前这几个概念总是有些混淆不清，今天仔细查了一下，以下为个人总结，有错误还请指出
背板带宽

只有模块交换机才有这个概念，它决定了各模板与交换引擎间的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。
但是，我们如何去考察一个交换机的背板带宽是否够用呢？显然，通过估算的方法是没有用的，我认为应该从两个方面来考虑：

1 、）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。

2 、）满配置吞吐量 (Mpps)= 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。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。
一般是两者都满足的交换机才是合格的交换机。

交换引擎的转发性能

由于交换引擎是作为模块化交换机数据包转发的核心，所以这一指标能够真实反映交换机的性能。对于固定端口交换机，交换引擎和网络接口模板是一体的，所以厂家提供的转发性能参数就是交换引擎的转发性能，这一指标是决定交换机性能的关键。支持第三层交换的设备，厂家会分别提供第二层转发速率和第三层转发速率，一般二层能力用 bps ，三层能力用 pps ，采用不同体系结构的模块化交换机，这两个参数的意义是不同的。但是，对于一般的局域网用户而言，只关心这两个指标就可以了，它是决定该系统性能的关键指标。对于大型园区网和城域网用户，讨论交换机的体系结构和第三层优化算法是有意义的。
另外，讲一下 PPS 是如何计算的
我们知道 1 个千兆端口的线速包转发率是 1.4881MPPS,
百兆端口的线速包转发率是 0.14881MPPS ，这是国际标准，但是如何得来的呢？
具体的数据包在传输过程中会在每个包的前面加上 64 个（前导符） preamble 也就是一个 64 个字节的数据包，原本只有 512 个 bit, 但在传输过程中实际上会有 512+64+96=672bit, 也就是这时一个数据包的长度实际上是有 672bit 的
千兆端口线速包转发率 =1000Mbps/672=1.488095Mpps ，约等
于 1.4881Mpps, 百兆除于 10 为 0.14881Mpps

交换机 的背板带宽，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。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位为 Gbps ，也叫交换带宽，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。
    一般来讲，计算方法如下 :
1 ）线速的背板带宽
考察交换机上所有端口能提供的总带宽。计算公式为端口数 * 相应端口速率 *2 （全双工模式）如果总带宽 ≤ 标称背板带宽，那么在背板带宽上是线速的。
2 ）第二层包转发线速
第二层包转发率 = 千兆端口数量 ×1.488Mpps+ 百兆端口数量 *0.1488Mpps+ 其余类型端口数 * 相应计算方法，如果这个速率能 ≤ 标称二层包转发速率，那么交换机在做第二层交换的时候可以做到线速。
3 ）第三层包转发线速
第三层包转发率 = 千兆端口数量 ×1.488Mpps+ 百兆端口数量 *0.1488Mpps+ 其余类型端口数 * 相应计算方法，如果这个速率能 ≤ 标称三层包转发速率，那么交换机在做第三层交换的时候可以做到线速。

    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 。快速以太网的线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 。
* 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
    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。

例子：

 

Cisco 2950G -48 　 48 端口 10/100 自检测和 2 个基于 GBIC 的千兆位以太网端口背板容量＝ 2 × 1000 × 2 ＋ 48 × 100 × 2(Mbps) ＝ 13.6(Gbps) 相当于 13.6/2=6.8 个千兆口吞吐量 ( 包转发率 )=6.8 × 1.488=10.1184Mpps

今天由于兄弟的网络方案选型需要，被 cisco 代理给的 pps 和 bps 概念搞昏了。
对方说 3725 的转发速率为 100kpps ，告诉我们这个数字除以二然后把 Kpps 改成 Mbps 就理解了。

总结如下：
包转发率标志了交换机转发数据包能力的大小。单位一般位 pps （包每秒），一般交换机的包转发率在几十 Kpps 到几百 Mpps 不等。包转发速率是指交换机每秒可以转发多少百万个数据包（ Mpps ），即交换机能同时转发的数据包的数量。包转发率以数据包为单位体现了交换机的交换能力。

交换机的背板带宽，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。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位为 Gbps ，也叫交换带宽，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。

所以一般来说二层能力用 bps ，三层能力用 pps ，支持第三层交换的设备，厂家会分别提供第二层转发速率和第三层转发速率。
 

另外，讲一下 PPS 是如何计算的

我们知道 1 个千兆端口的线速包转发率是 1.4881MPPS,
百兆端口的线速包转发率是 0.14881MPPS ，这是国际标准，但是如何得来的呢？
具体的数据包在传输过程中会在每个包的前面加上 64 个（前导符） preamble 也就是一个 64 个字节的数据包，原本只有 512 个 bit, 但在传输过程中实际上会有 512+64+96=672bit, 也就是这时一个数据包的长度实际上是有 672bit 的千兆端口线速包转发率 =1000Mbps/672=1.488095Mpps ，约等于 1.4881Mpps, 百兆除于 10 为 0.14881Mpps

那么以后很简单了，其实直接用设备参数中的 pps 数值乘以 672 那么就转化成我们比较能理解的大众化的 bps 概念了。
一般销售为了方便大家计算和整数化的理解就改 672 为 500 。

理解了这个后忽然发现网络设备选型原来是那么的简单，我只需要预计网络中的总节点数和带宽需求及流量需求，那么需要的交换机性能型号和路由器型号就呼之欲出了。
注：
现在的设备很多是三层交换机，我们看到的参数是分别针对三层模块和二层模块来说的。
例如 4
数据交换能力是 720Gbps ，但是路由包转发能力是 400Mpps 。这里没有矛盾。因为两个数据都不是描述一件事情。