干货详解： 如何计算交换机背板容量、交换容量和包转发能力

##前言
背板容量指的是背板整个的交换容量；交换容量指cpu的交换容量；包转发指的是三层转发的容量。

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。

####1.交换机内部结构

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：

1.1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；

1.2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；

1.3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。

2.如何确定你买的交换机设计是否合理

我们购买交接机最佳性能，就是要求这款交换机做到了线性无阻塞传输。我们如何去考察一个交换机的背板带宽是否够用呢?如何去确定你买的交换机设计是否合理，存在阻塞的结构设计呢？

显然，通过估算的方法是没有用的，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，而吞吐量不到261.8Mpps(176x1.488Mpps= 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率/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。

####1.背板带宽计算方法

1.1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，那在背板带宽上是线速的。

1.2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，如果这速率能≤标称二层包转发速率，那么交换机在做第二层交换时可做到线速。

1.3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。

####**1.**端口容量是如何计算？

大部分低端LSW端口均支持全双工，因此交换机端口容量是其能够提供端口之和的两倍。即端口容量＝2*（n100Mbps+m1000Mbps）（n表示交换机有n个100M 端口，m表示交换机有m个1000M端口）。

####2.转发能力是如何计算？

如果LSW全部为线速转发，考验转发能力以能够处理最小包长来衡量，对于以太网最小包为64BYTE，加上帧开销20BYTE，因此最小包为84BYTE。对于1个全双工1000Mbps接口达到线速时要求转发能力＝1000Mbps/((64+20)*8bit)＝1.488Mpps。

对于1个全双工100Mbps接口达到线速时要求：转发能力＝100Mbps/((64+20)*8bit)＝0.149Mpps。

####3.另外讲一下PPS如何计算

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(96bit 帧间隙)=672bit,

也就是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,

百兆除以10为0.14881Mpps 。

设备选型时需要注意的几个方面：线速只能作为一个参考，绝大多数情况下端口实际速率不会达到线速；主频高点没有坏处，但是CPU在一般业务中的实际占用率是个很重要的指标。

####1.背板带宽

只有模块交换机才有这个概念，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。

背板带宽决定了各板卡（包括可扩展插槽中尚未安装的板卡）与交换引擎间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。

####2.交换引擎的转发性能

交换引擎的转发性能(交换容量、转发能力）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。

标签：线速,容量,Mpps,端口,干货,交换机,背板,包转发
来源： https://blog.csdn.net/ZYJY2020/article/details/115330696