解決以太網(wǎng)交換機(jī)參數(shù)的困惑
交換機(jī)根據(jù)工作協(xié)議層可以劃分為第二層交換機(jī)、第三層交換機(jī)和第四層交換機(jī)，根據(jù)是否支持網(wǎng)管功能可以劃分 網(wǎng)管型交換機(jī)和非網(wǎng)管理型交換機(jī)。
包轉(zhuǎn)發(fā)率標(biāo)志了交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包能力的大小。單位一般位pps（包每秒），一般交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)率在幾十Kpps到幾百Mpps不等。包轉(zhuǎn)發(fā)速率是指交換機(jī)每秒可以轉(zhuǎn)發(fā)多少百萬個(gè)數(shù)據(jù)包（Mpps），即交換機(jī)能同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包的數(shù)量。
包轉(zhuǎn)發(fā)率以數(shù)據(jù)包為單位體現(xiàn)了交換機(jī)的交換能力。 其實(shí)決定包轉(zhuǎn)發(fā)率的一個(gè)重要指標(biāo)就是交換機(jī)的背板帶寬，背板帶寬標(biāo)志了交換機(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力。一臺交換機(jī)的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)，也就是包轉(zhuǎn)發(fā)率越高。
交換機(jī)的背板帶寬交換機(jī)的背板帶寬是交換機(jī)接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。背板帶寬標(biāo)志了交換機(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力，單位為Gbps，也叫交換帶寬，一般的交換機(jī)的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺交換機(jī)的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)，但同時(shí)設(shè)計(jì)成本也會越高。
但是，我們?nèi)绾稳タ疾煲粋�(gè)交換機(jī)的背板帶寬是否夠用呢？一般來講，我們應(yīng)該從兩個(gè)方面來考慮：
1）所有端口容量乘以端口數(shù)量之和的2倍應(yīng)該小于背板帶寬，這樣可實(shí)現(xiàn)全雙工無阻塞交換，證明交換機(jī)具有發(fā)揮最大數(shù)據(jù)交換性能的條件。
2）滿配置吞吐量（Mpps）＝滿配置端口數(shù)×1.488Mpps，其中1個(gè)千兆端口在包長為64字節(jié)時(shí)的理論吞吐量為1.488Mpps。例如，一臺最多可以提供64個(gè)千兆端口的交換機(jī)，其滿配置吞吐量應(yīng)達(dá)到64×1.488Mpps=95.2Mpps，才能夠確保在所有端口均線速工作時(shí)，提供無阻塞的包交換。
如果一臺交換機(jī)最多能夠提供176個(gè)千兆端口，而宣稱的吞吐量不到261.8Mpps（176×1.488Mpps＝261.8Mpps），那么用戶有理由認(rèn)為該交換機(jī)采用的是有阻塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 一般是兩者都滿足的交換機(jī)才是合格的交換機(jī)。 背板帶寬資源的利用率與交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。
目前交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：一是共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)依賴中心交換引擎來提供全端口的高性能連接，由核心引擎檢查每個(gè)輸入包以決定路由。這種方法需要很大的內(nèi)存帶寬、很高的管理費(fèi)用。
尤其是隨著交換機(jī)端口的增加，中央內(nèi)存的價(jià)格會很高，因而交換機(jī)內(nèi)核成為性能實(shí)現(xiàn)的瓶頸；二是交叉總線結(jié)構(gòu)，它可在端口間建立直接的點(diǎn)對點(diǎn)連接，這對于單點(diǎn)傳輸性能很好，但不適合多點(diǎn)傳輸；
三是混合交叉總線結(jié)構(gòu)，這是一種混合交叉總線實(shí)現(xiàn)方式，它的設(shè)計(jì)思路是，將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過一條高性能的總線連接。其優(yōu)點(diǎn)是減少了交叉總線數(shù)，降低了成本，減少了總線爭用；但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。
2、以太網(wǎng)交換機(jī)堆疊
交換機(jī)堆疊是通過廠家提供的一條專用連接電纜，從一臺交換機(jī)的"UP"堆疊端口直接連接到另一臺交換機(jī)的"DOWN"堆疊端口。以實(shí)現(xiàn)單臺交換機(jī)端口數(shù)的擴(kuò)充。一般交換機(jī)能夠堆疊4～9臺。
為了使交換機(jī)滿足大型網(wǎng)絡(luò)對端口的數(shù)量要求，一般在較大型網(wǎng)絡(luò)中都采用交換機(jī)的堆疊方式來解決。要注意的是只有可堆疊交換機(jī)才具備這種端口，所謂可堆疊交換機(jī)，就是指一個(gè)交換機(jī)中一般同時(shí)具有"UP"和"DOWN"堆疊端口。
當(dāng)多個(gè)交換機(jī)連接在一起時(shí)，其作用就像一個(gè)模塊化交換機(jī)一樣，堆疊在一起交換機(jī)可以當(dāng)作一個(gè)單元設(shè)備來進(jìn)行管理。一般情況下，當(dāng)有多個(gè)交換機(jī)堆疊時(shí)，其中存在一個(gè)可管理交換機(jī)，利用可管理交換機(jī)可對此可堆疊式交換機(jī)中的其他“獨(dú)立型交換機(jī)”進(jìn)行管理。可堆疊式交換機(jī)可非常方便地實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充，是新建網(wǎng)絡(luò)時(shí)最為理想的選擇。
堆疊中的所有交換機(jī)可視為一個(gè)整體的交換機(jī)來進(jìn)行管理，也就是說，堆疊中所有的交換機(jī)從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上可視為一個(gè)交換機(jī)。堆棧在一起的交換機(jī)可以當(dāng)作一臺交換機(jī)來統(tǒng)一管理。
交換機(jī)堆疊技術(shù)采用了專門的管理模塊和堆棧連接電纜，這樣做的好處是，一方面增加了用戶端口，能夠在交換機(jī)之間建立一條較寬的寬帶鏈路，這樣每個(gè)實(shí)際使用的用戶帶寬就有可能更寬（只有在并不是所有端口都在使用情況下）。另一方面多個(gè)交換機(jī)能夠作為一個(gè)大的交換機(jī)，便于統(tǒng)一管理。
3、交換方式目前交換機(jī)在傳送源和目的端口的數(shù)據(jù)包時(shí)通常采用直通式交換、存儲轉(zhuǎn)發(fā)式和碎片隔離方式三種數(shù)據(jù)包交換方式。目前的存儲轉(zhuǎn)發(fā)式是交換機(jī)的主流交換方式。
（1）、直通交換方式（Cut-through） 采用直通交換方式的以太網(wǎng)交換機(jī)可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機(jī)。它在輸入端口檢測到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動(dòng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)查找表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數(shù)據(jù)包直通到相應(yīng)的端口，實(shí)現(xiàn)交換功能。
由于它只檢查數(shù)據(jù)包的包頭（通常只檢查14個(gè)字節(jié)），不需要存儲，所以切入方式具有延遲小，交換速度快的優(yōu)點(diǎn)。所謂延遲（Latency）是指數(shù)據(jù)包進(jìn)入一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備到離開該設(shè)備所花的時(shí)間。
它的缺點(diǎn)主要有三個(gè)方面：一是因?yàn)閿?shù)據(jù)包內(nèi)容并沒有被以太網(wǎng)交換機(jī)保存下來，所以無法檢查所傳送的數(shù)據(jù)包是否有誤，不能提供錯(cuò)誤檢測能力；第二，由于沒有緩存，不能將具有不同速率的輸入／輸出端口直接接通，而且容易丟包。
如果要連到高速網(wǎng)絡(luò)上，如提供快速以太網(wǎng)（100BASE－T）、FDDI或ATM連接，就不能簡單地將輸入／輸出端口“接通”，因?yàn)檩斎耄敵龆丝陂g有速度上的差異，必須提供緩存；第三，當(dāng)以太網(wǎng)交換機(jī)的端口增加時(shí)，交換矩陣變得越來越復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來就越困難�！�
（2）、存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式（Store-and-Forward） 存儲轉(zhuǎn)發(fā)（Store and Forward）是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域使用得最為廣泛的技術(shù)之一，以太網(wǎng)交換機(jī)的控制器先將輸入端口到來的數(shù)據(jù)包緩存起來，先檢查數(shù)據(jù)包是否正確，并過濾掉沖突包錯(cuò)誤。
確定包正確后，取出目的地址，通過查找表找到想要發(fā)送的輸出端口地址，然后將該包發(fā)送出去。正因如此，存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式在數(shù)據(jù)處理時(shí)延時(shí)大，這是它的不足，但是它可以對進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行錯(cuò)誤檢測，并且能支持不同速度的輸入／輸出端口間的交換，可有效地改善網(wǎng)絡(luò)性能。
它的另一優(yōu)點(diǎn)就是這種交換方式支持不同速度端口間的轉(zhuǎn)換，保持高速端口和低速端口間協(xié)同工作。實(shí)現(xiàn)的辦法是將10Mbps低速包存儲起來，再通過100Mbps速率轉(zhuǎn)發(fā)到端口上。
（3）、碎片隔離式（Fragment Free） 這是介于直通式和存儲轉(zhuǎn)發(fā)式之間的一種解決方案。它在轉(zhuǎn)發(fā)前先檢查數(shù)據(jù)包的長度是否夠64個(gè)字節(jié)（512 bit），如果小于64字節(jié)，說明是假包（或稱殘幀），則丟棄該包；如果大于64字節(jié)，則發(fā)送該包。該方式的數(shù)據(jù)處理速度比存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式快，但比直通式慢，但由于能夠避免殘幀的轉(zhuǎn)發(fā)，所以被廣泛應(yīng)用于低檔交換機(jī)中。
使用這類交換技術(shù)的交換機(jī)一般是使用了一種特殊的緩存。這種緩存是一種先進(jìn)先出的FIFO（First In First Out），比特從一端進(jìn)入然后再以同樣的順序從另一端出來。當(dāng)幀被接收時(shí)，它被保存在FIFO中。
如果幀以小于512比特的長度結(jié)束，那么FIFO中的內(nèi)容（殘幀）就會被丟棄。因此，不存在普通直通轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)存在的殘幀轉(zhuǎn)發(fā)問題，是一個(gè)非常好的解決方案。數(shù)據(jù)包在轉(zhuǎn)發(fā)之前將被緩存保存下來，從而確保碰撞碎片不通過網(wǎng)絡(luò)傳播，能夠在很大程度上提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。
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