交换机背板带宽与端口速率计算

交换机背板带宽与端口速率计算

一、计算公式说明

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。

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。

二、端口速率计算

以太网传输最小包长就是 64字节、 POS口是 40字节。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

三、端口总速率 在以太网中，每个帧头都要加上了 8个字节的前导符，前导符的作用在于告诉监听设备数据将要到来。然后，以太网中的每个帧之间都要有帧间隙，即每发完一个帧之后要等待一段时间再发另外一个帧，在以太网标准中规定最小是 12个字节，然而帧间隙在实际应用中有可能会比 12个字节要大，在这里我用了最小值。每个帧都要有 20个字节的固定开销，现在我们再来算一下交换机单个端口的实际吞吐量： 148， 809×（ 64+8+12） ×8≈100Mbps，通过这个公式不难看出，真正的数据交换量占到 64/84=76%，交换机端口链路的 "线速 "数据吞吐量实际上只有 76Mbps，另外一部分被用来处理了额外的开销，这两者加起来才是标准的百兆或者千兆。

交换机背板带宽计算方法

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。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上去。

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。

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 ? ?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。

交换机的背版速率一般是： Mbps,指的是第二层，

对于三层以上的交换才采用 Mpps

什么是 MAC地址表

交换机之所以能够直接对目的节点发送数据包，而不是像集线器一样以广播方式对所有节点发送数据包，最关键的技术就是交换机可以识别连在网络上的节点的网卡 MAC地址，并把它们放到一个叫做 MAC地址表的地方。这个 MAC地址表存放于交换机的缓存中，并记住这些地址，这样一来当需要向目的地址发送数据时，交换机就可在 MAC地址表中查找这个 MAC地址的节点位置，然后直接向这个位置的节点发送。所谓 MAC地址数量是指交换机的 MAC地址表中可以最多存储的 MAC地址数量，存储的 MAC地址数量越多，那么数据转发的速度和效率也就就越高。

但是不同档次的交换机每个端口所能够支持的 MAC数量不同。在交换机的每个端口，都需要足够的缓存来记忆这些 MAC地址，所以 Buffer（缓存）容量的大小就决定了相应交换机所能记忆的 MAC地址数多少。通常交换机只要能够记忆 1024个 MAC地址基本上就可以了，而一般的交换机通常都能做到这一点，所以如果对网络规模不是很大的情况下，这参数无需太多考虑。当然越是高档的交换机能记住的 MAC地址数就越多，这在选择时要视所连网络的规模而定了。