安防监控网络中核心交换机的背板带宽及包转发率算法详解

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。【当超过45s没有按动按钮，则模式状态灯自动***为默认模式（STAT灯亮绿色，SPED灯常灭、STCK灯常灭或绿色闪烁）。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。绿色常亮：表示已选择Speed模式，业务接口指示灯暂时用来指示接口的速率，45s后自动***到默认模式（Status）。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端口，一个线速端口的包转发率为1.17Mpps。

*对于OC－48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，***内存的价格会很高，因而交换机内核成为性能实现的瓶颈；由于所有端口间的通信都需要通过背板完成，所以背板所能提供的带宽，就成为端口间并发通信时的瓶颈。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。

交换机背板带宽和交换容量的区别?

背板带宽=交换容量，其实都是由交换芯片决定的，上面说什么背板带宽由机框式交换机的无源背板走线和连接器决定的都是搞笑的。

首先说明白什么是整机交换容量，整机交换容量其实就是你的交换芯片（如博通多用于机框式交换机的jericho及多用于盒式交换机的trident）或者像思科自研的fabric芯片能提供的带宽。也被称为背板带宽。注意背板带宽由芯片决定而不是什么物理连接器PCB走线之类的……比如我一个trident2＋芯片能提供1280G带宽，那我就可以用这个芯片轻松做一个48个万兆接口6 个40G上行接口的1U交换机出来，并且线速转发（实际上用720G的型号就可以了，1280G可以做出像华三的6800-4C）。同样，如果一台交换机能够提供176个千兆位端口，那么其吞吐量至少应当为261。如果我还想做机框式交换机，那么线卡上要有交换芯片，但是为了保证跨板线速转发，那我前面板所有接口的带宽之和须等于板卡之间内联口带宽。那我做个36端口40GE线卡就需要2.88T的带宽，Jericho芯片好像没这么大的，所以一张线卡得放两个交换芯片，每个芯片（jericho提供720G面板接口带宽）分别负责18个接口的转发。

那么问题来了，首先，我这一张线卡上的两个jericho芯片上的接口如何通信？

其次，然后比如我一台机框有8张线卡，如何实现跨板全线速转发？

早期的方式是像思科6500华为7700华三7500这种比较老的没有***交换网板的架构叫crossbar，在引擎上放几个交换芯片，这几个交换芯片一般就没有面板接口了（6500貌似有）而纯用于线卡之间的内联。所有线卡与引擎上的交换芯片互联，意味着所有跨板卡流量必须经过引擎！这种架构的缺点是引擎上既要有控制平面的器件如cpu内存啥的，又要放交换芯片，所以空间实在有限，思科6500的sup2T提供了2T带宽每张引擎，那么分给6506的5张线卡就只有每槽位400G带宽了（好像2T还有前面板口，那实际都到不了400G），双引擎4T带宽分给6509的7张线卡也是捉襟见肘。所以总而言之crossbar架构的交换机完全无法满足飞速发展的数据中心动辄24甚至36*40G线卡的需求。为了解决这个问题出现了CLOS架构，这就需要交换网板出马了，交换网板上用的博通FE芯片带宽高，比如高达3.6T的FE3600，但只有***基本的转发功能因为各种feature都是在线卡芯片上实现的，网板只需要线速转发。每一块线卡上的芯片都会跟所有网板上的芯片互联，这就是CLOS架构。产品型号和外管产品特性和优势完备的QoS策略S2700能基于VLAN、MAC地址、IP协议、源地址、目的地址、优先级、TCP或UDP端口，实现复杂流分类功能。另外需要提一下博通DUNE芯片是会把报文切割成信元负载到每一块网板上芯片上的真正无阻塞。

引擎从此只是纯控制平面不再负责业务数据转发，引擎上的交换芯片被移到了***的交换网板（思科叫fabric）上。后来很多厂家的引擎都变成半宽了因为芯片少了嘛。所有线卡与交换网板互联，所有跨板流量甚至同板卡跨芯片流量都要经过交换网板，交换网板因为可以设计多张就像是一个带宽巨大的总线，这样就大大增加了扩展性。比如后面图中的cisco N9508可以在6张交换网板中一共放置12个3.6T带宽的交换芯片，为每槽位提供高达5.4T交换容量，足以承受36×100G板卡的巨大流量。而16槽位的交换机则可以通过增加交换网板上的芯片来成倍的扩容整机交换容量，以满足更多高密度的线卡的需要。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。 这也是为什么后来思科自6500之后也要推出CLOS架构的N7K和6800系列，甚至后来N7K都落伍了（应该是fabric card的带宽无法继续扩容了）为了参数跟得上友商又出了N77。一代经典6500确实廉颇老矣，不过在吞吐量不大的园区网用用还是足够的。

整机交换容量特别高确实没有意义，特别是很多中端机框交换机只提供8*40G线卡倒是整机交换容量标称几十上百T的就是搞笑的。还有几百上千T的数据都是根据未来支持的56G Serdes算出来的“这个机框未来能够支持的容量”，没有实际意义。真实的整机交换容量=量产了的交换网板满配所提供的交换容量。S12700实现有线无线真正融合，即统一的设备管理、统一的用户管理和统一的业务管理，提供一致的用户体验。但是交换容量太低直接影响整机端口密度。

***后，机框式交换机除了上述两种架构，其实还有一种full mesh的架构，一般多用于3-5槽位的中端产品，这种产品引擎上没有交换芯片也没有交换网板。原理是所有线卡芯片之间fullmesh全互联，整机交换容量有限且难以扩展（除非线卡全部升级换代）。如果吞吐量太小，就会成为网络瓶颈，给整个网络的传输效率带来影响。

所以你在做产品选型的时候需要关注引擎（crossbar架构）或者交换网板提供的带宽。不同型号会存在差异，这个可以直接去问厂商，一般厂商不会忽悠的。

交换机的日常维护

01

控制温度。交换机对于日常机房的温度要求比较高，用户大，交换机的能耗高，散发出来的热量也是相当大的，如果机房温度过高就会导致设备散热困难，造成设备参数变化，甚至严重的会损坏设备。注意保持机房的温度在18C°—25C°之间为宜。

02

控制湿度。机房内的湿度对交换机威胁也是比较大的，太过潮湿会导致设备部件生锈，甚至引发短路现象，而温度如果过于干燥，则有可能发生静电，威胁机器的安全。所以，机房的湿度应维持在40%-60%之间为宜。

03

防尘除尘。交换机内如果有灰尘杂物，则会导致设备短路，引发系统故障，因此交换机的定期清洁是不可缺少的。并且保持机房内的干净整洁也同样重要。

04

加强监管。

1）如果机器发生故障，应请***人员进行排查检修，切忌随便擅自拆卸机器，更换元件的现象。

2）定期检查软硬件及设备各项运行参数是否在正常范围内，记录好机房内温度湿度情况，充分掌握各系统工作运行状况。

3）制定机房内的制度，记录好原始数据，交换机维护人员的权限应有效设定，做好安全保密工作，避免人为致使交换机出现故障。

4）安排***的交换机人员做好***服务器及终端的杀毒工作，保证服务器安全运行。

5）数据备份。修改删除前一定要做好对原始数据的备份工作，以免丢失原始数据，造成工作上的不便。

05

增加知识储备。交换机的故障有很多，有些简单的可以一眼看出问题所在，进行处理维护，但有一些就没那么清晰易辨了，这时就需要设备的操作和维护人员有更丰富的设备知识储备，理论与实践相结合，具体问题具体分析，找到问题所在，从而排除故障，保证工作顺利进行。绿色常亮：表示选择Stack模式，本设备为堆叠备或堆叠从设备，此时业务接口指示灯暂时用来表示本设备的堆叠ID。因此，日常对自己***知识的学习储备也是必不可少的哦。