交换机性能详解

1.     背板带宽

只有模块化交换机（拥有可扩展插槽，可灵活改变端口数量）才有这个概念，固定端口交换机是没有这个概念的。并且固定端口交换机的背板容量和交换容量大小是相等的。

背板带宽是交换机的总数据处理能力，由硬件架构设计决定，与是否插入板卡无关。模块化交换机的背板带宽从几百Gbps到几个Tbps不等，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。

背板带宽就像高速公路，车道越多，承载的车辆越多。

2.     交换容量、转发能力

普通交换机的交换容量=背板带宽，在模块化交换机下，等于板卡的数量×每板卡的转发能力，交换容量的大小，取决于转发引擎的性能。在模块化交换机中，交换容量能够真实反映交换机的性能。

交换容量就像汽车，能跑多快全靠引擎带。如果交换机的引擎好，就能把背板带宽跑满。但是，交换容量永远<=背板带宽

上图中，由于Cisco采用了VS-S720-10-3C引擎，实现了完全分布式转发，所以可以将背板带宽跑满（交换容量=背板带宽），而H3C的交换机由于引擎的原因，不能实现完全分布式转发，所以不能将带宽跑满（交换容量<背板带宽）。

3.      包转发速率、转发能力（二层Mbps/三层Mpps）

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。

千兆端口的包转发率是1.488Mpps （ 百兆端口为0.1488Mpps，其他类推）　

计算放法：1,000,000,000/8/（64+8+12） = 1,488,095pps

（最小数据包的大小为64byte，8byte的前导符，12byte的帧间隙）

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。

第二层包转发率=第三层包转发率×（64+8+12）×8=接口数量×接口速率。

（64+8+12）×8=672bit，为了方便计算，有时候也按500bit估算。

包转发率就像高速公路每秒能通过汽车的数量，车道越宽，汽车引擎越好，每秒通过的车辆就越多。

4.     线速转发

1)    固定端口的交换机：

l 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。

l 如果计算所得的交换机三层包转发速率≤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转发。

2)    模块化交换机：

l 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≤标称交换容量，那么在交换容量上是线速的。

l 如果计算所得的交换机三层包转发速率≤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转发。

5.     H3C低端LSW交换机的交换容量计算方法：

H3C低端交换机采用存储转发模式，交换容量的大小由缓存（BUFFER）的位宽及其总线频率决定。即，交换容量＝缓存位宽*缓存总线频率=96*133=12.8Gbps

6.     S8500的交换容量、背板带宽和转发速率计算方法

1）交换容量

两块主控板（含Crossbar交换网片）1＋1冗余备份。每块接口板通过两条高速总线分别连到两块主控板上的Crossbar，两条高速总线1+1冗余备份。每条高速总线由6对（12条）3.125Gbps的SERDES组成，带宽为37.5Gbps，有效带宽为30Gbps（8B/10B编码），两块主控板负荷分担时有效带宽60Gbps。即每块接口板带宽：Serders总线数量×每条Serdes的带宽×（8B/10B编码的开销）×两块主控板负荷分担：(6×2)×3.125×(8B/10B)×2 = 60Gbps/Card

S8505: 60Gbps/Card * 5 = 300Gbps

S8508: 60Gbps/Card * 8 = 480Gbps

S8512: 60Gbps/Card * 12= 720Gbps

S8502 吞吐量：

单交换网板时，120G + 2 * 60G = 240Gbps；

双交换网板时，120G * 2 = 240Gbps；

2）背板带宽

两块主控板（含Crossbar交换网片）：1＋1冗余备份。每块接口板通过两条高速总线分别连到两块主控板上的Crossbar，两条高速总线1+1冗余备份。每条高速总线由6对（12条）3.125Gbps的SERDES组成。同时预留一倍高速总线用于交换容量翻倍。S8512背板的Serdes（高速差分线）数量为 6×2×2×12×2 ＝576；背板带宽为：576 ×3.125Gbps= 1.8Tbps。

同理：

S8508背板的Serdes（高速差分线）数量为 6×2×2×8×2 ＝384；背板带宽为384 × 3.125Gbps= 1.2Tbps

S8505背板的Serdes（高速差分线）数量为 6×2×2×5×2 ＝240；背板带宽为240 × 3.125Gbps= 750Gbps

S8502背板的Serdes（高速差分线）数量为 6×12×2 ＝144；背板带宽为 144 × 3.125Gbps= 450Gbps

3）包转发率

S8500系列分布式转发，每块接口板可支持 24 Ge线速：

24 Gbps *1.488 Mpps/Gbps = 35.712Mpps /Card

S8512包转发率：35.712 Mpps/card * 12 cards =428.54 Mpps

取整数 428Mpps。

类似的，S8508、S8505、S8502包转发率分别为285Mpps, 178Mpps、142Mpps。

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如何考察交换机背板带宽是否够用

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(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。