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包轉發率和背板帶寬計算方法

包轉發率,也稱端口吞吐量,是指路由器在某端口進行的數據包轉發能力,單位通常使用pps(包每秒)來衡量。一般來講,低端的路由器包轉發率只有幾K到幾十Kpps,而高端路由器則能達到幾十Mpps(百萬包每秒)甚至上百Mpps。如果小型辦公使用,則選購轉發速率較低的低端路由器即可,如果是大中型企業部門應用,就要嚴格這個指標,建議性能越高越好。


背板帶寬和包轉發速



交換機的背板帶寬,是交換機接口處理器或接口卡和數據總線間所能吞吐的最大數據量。背板帶寬標志了交換機總的數據交換能力,單位為Gbps,也叫交換帶寬,一般的交換機的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺交換機的背板帶寬越高,所能處理數據的能力就越強,但同時設計成本也會越高。 一般來講,計算方法如下:


1、線速的背板帶寬

考察交換機上所有端口能提供的總帶寬。計算公式為端口數*相應端口速率*2(全雙工模式)如果總帶寬≤標稱背板帶寬,那么在背板帶寬上是線速的。


2、第二層包轉發線速

第二層包轉發率=千兆端口數量×1.488Mpps+百兆端口數量*0.1488Mpps+其余類型端口數*相應計算方法,如果這個速率能≤標稱二層包轉發速率,那么交換機在做第二層交換的時候可以做到線速。


3、第三層包轉發線速

第三層包轉發率=千兆端口數量×1.488Mpps+百兆端口數量*0.1488Mpps+其余類型端口數*相應計算方法,如果這個速率能≤標稱三層包轉發速率,那么交換機在做第三層交換的時候可以做到線速。


那么,1.488Mpps是怎么得到的呢?

包轉發線速的衡量標準是以單位時間內發送64byte的數據包(最小包)的個數作為計算基準的。(注,最小包意味著在相同時間內通過最多數量的報文)對于千兆以太網來說,計算方法如下:1,000,000,000bps/8bit/(64+8+12)byte=1,488,095pps 說明:當以太網幀為64byte時,需考慮8byte的幀頭和12byte的幀間隙的固定開銷。故一個線速的千兆以太網端口在轉發64byte包時的包轉發率為1.488Mpps??焖僖蕴W的線速端口包轉發率正好為千兆以太網的十分之一,為148.8kpps。


*對于萬兆以太網,一個線速端口的包轉發率為14.88Mpps。

*對于千兆以太網,一個線速端口的包轉發率為1.488Mpps。

*對于快速以太網,一個線速端口的包轉發率為0.1488Mpps。

*對于OC-12的POS端口,一個線速端口的包轉發率為1.17Mpps。

*對于OC-48的POS端口,一個線速端口的包轉發率為468MppS。


所以說,如果能滿足上面三個條件,那么我們就說這款交換機真正做到了線性無阻塞。


背板帶寬資源的利用率與交換機的內部結構息息相關。目前交換機的內部結構主要有以下幾種:

一是共享內存結構,這種結構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輸入包以決定路由。這種方法需要很大的內存帶寬、很高的管理費用,尤其是隨著交換機端口的增加,中央內存的價格會很高,因而交換機內核成為性能實現的瓶頸;


二是交叉總線結構,它可在端口間建立直接的點對點連接,這對于單點傳輸性能很好,但不適合多點傳輸;


三是混合交叉總線結構,這是一種混合交叉總線實現方式,它的設計思路是,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。其優點是減少了交叉總線數,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。


案例




找了兩臺以太網交換機的性能參數,舉例說明。

實例1:二層以太網交換機,以第一個為例


1、所有接口物理帶寬=(24+4)*1000M/s*2=56G/s < 交換機背板交換容量 256G。所以,它的背板帶寬可以做到“線速”。


2、二層轉發速率=(24+4)*1.488Mpps=41.664Mpps < 51Mpps。所以,它的二層數據轉發能力可以實現“線速”(無阻塞)地轉發。


3、二層交換機不涉及三層報文轉發性能

實例2:三層以太網交換機,同樣以第一個為例


1、所有接口物理帶寬=(24*100M/s+2*1000M/s)*2=8.8G/s < 交換機背板交換容量 49.6G。所以,它的背板帶寬可以做到“線速”。


2、二層轉發速率=24*0.1488Mpps+2*1.448Mpp=6.4672Mpps < 12.8Mpps。所以,它的二層數據轉發能力可以實現“線速”(無阻塞)地轉發。


3、三層轉發速率的計算方式和計算結果同上——機器對三層數據也是可以線速轉發的。

另外,“二層轉發”和“三層轉發”有什么區別?從轉發性能上看,不都是12.8Mpps么?

其中的差別在于這么兩點:一是,轉發對象不同。一個是二層的數據幀,另一個是三層的數據報。二是,二層幀的目的mac不同。一個不一定是設備自身的mac,另一個是設備自身的mac。



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