網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用9(交換機(jī)性能參數(shù))

1、北風(fēng)網(wǎng)教師：小林1目前使用的交換機(jī)一般是以太網(wǎng)交換機(jī)。選擇交換機(jī)需要了解交換機(jī)的性能和多種參數(shù)。下面首先介紹交換機(jī)的性能和主要參數(shù)。2交換模式：目前以太網(wǎng)交換主要有兩種交換模式：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和直通轉(zhuǎn)發(fā)。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式是指交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，首先存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)幀，直到整個(gè)數(shù)據(jù)幀正確接收完成后，再確定向哪兒轉(zhuǎn)發(fā)出去。直通轉(zhuǎn)發(fā)模式是指交換機(jī)一旦接受到數(shù)據(jù)幀的頭部信息，就開始確定該數(shù)據(jù)幀應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)端口，并不需要等待整個(gè)數(shù)據(jù)幀接收完成后才確定。所以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式較直通轉(zhuǎn)發(fā)模式要慢，但它避免了轉(zhuǎn)發(fā)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀，如某些不足規(guī)定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)幀等等。華為-3COM公司的 S系列交換機(jī)都以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)為主。 3二層轉(zhuǎn)發(fā)能力：以太

2、網(wǎng)交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)能力決定了局域網(wǎng)的交換能力。其轉(zhuǎn)發(fā)能力可以用是否支持線速轉(zhuǎn)發(fā)、交換容量和包轉(zhuǎn)發(fā)率來(lái)衡量。以華為H3C S系列交換機(jī)S3928為例，其交換容量為32Gbit/s，包轉(zhuǎn)發(fā)率為9.6Mpps,完全滿足網(wǎng)絡(luò)接入甚至匯聚的功能。 4組播技術(shù)：隨著新的業(yè)務(wù)需求不斷的涌現(xiàn)，組播技術(shù)已經(jīng)成為目前和將來(lái)不可缺少的技術(shù)之一，能否很好的支持組播技術(shù)更是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者必須考慮的關(guān)鍵之一。5組播的基本思想是，源主機(jī)只發(fā)送一份數(shù)據(jù)，這份數(shù)據(jù)中的目的地址為組播組地址；組播組中的所有接收者都可接收到同樣的數(shù)據(jù)拷貝，并且只有組播組內(nèi)的主機(jī)（目標(biāo)主機(jī)）可以接收該數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)中其它主機(jī)不能收到。組播組用 D 類 IP 地址

3、（ 55）來(lái)標(biāo)識(shí)。(組播)6生成樹協(xié)議：為了達(dá)到網(wǎng)絡(luò)不間斷服務(wù)的目標(biāo)，在網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建冗余鏈路是必不可少的，由此形成的網(wǎng)絡(luò)環(huán)路必將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率降低甚至不可用。而生成樹協(xié)議正是為此而生。所以能否支持生成樹協(xié)議同樣是交換機(jī)性能指標(biāo)之一。7生成樹協(xié)議（STP，spanning tree protocol）是由DEC開發(fā)的一個(gè)網(wǎng)橋到網(wǎng)橋的協(xié)議。DEC生成樹算法隨后被IEEE802委員會(huì)修訂并發(fā)布在IEEE 802.1d規(guī)范中。DEC和IEEE 802.1d的算法是有區(qū)別的，而且也不兼容。對(duì)所有的交換機(jī)使用相同的STP版本進(jìn)行驗(yàn)證是非常重要的，因?yàn)椴煌惖腟TP版

4、本將導(dǎo)致網(wǎng)橋循環(huán)，這將對(duì)以太網(wǎng)的物理網(wǎng)段造成損害。8生成樹協(xié)議的目的是維持一個(gè)無(wú)回路的網(wǎng)絡(luò)。一條無(wú)回路的路徑是這樣實(shí)現(xiàn)的：如果一個(gè)設(shè)備在拓?fù)渲邪l(fā)現(xiàn)了一個(gè)回路，它將阻塞一個(gè)或多個(gè)冗余的端口。并不斷地掃描網(wǎng)絡(luò)，如果出現(xiàn)一個(gè)故障或是添加一個(gè)鏈接會(huì)被交換機(jī)很快地發(fā)現(xiàn)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，生成樹協(xié)議將重新配置交換機(jī)的各個(gè)端口以避免鏈接丟失或出現(xiàn)新的回路。910端口匯聚：盡管以太網(wǎng)的端口帶寬越來(lái)越大，但是在很多場(chǎng)合使用單端口仍然不能滿足我們業(yè)務(wù)的需求，這時(shí)候交換機(jī)能否支持端口匯聚功能也變得非常重要。11TRUNK（端口匯聚）是在交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間比較經(jīng)濟(jì)的增加帶寬的方法，如服務(wù)器、路由器、工作站或其他

5、交換機(jī)。這中增加帶寬的方法在當(dāng)單一交換機(jī)和節(jié)點(diǎn)之間連接不能滿足負(fù)荷時(shí)是比較有效的。TRUNK 的主要功能就是將多個(gè)物理端口（一般為28個(gè)）綁定為一個(gè)邏輯的通道，使其工作起來(lái)就像一個(gè)通道一樣。將多個(gè)物理鏈路捆綁在一起后，不但提升了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬，而且數(shù)據(jù)還可以同時(shí)經(jīng)由被綁定的多個(gè)物理鏈路傳輸，具有鏈路冗余的作用，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或其他原因斷開其中一條或多條鏈路時(shí)，剩下的鏈路還可以工作。12 TRUNK功能比較適合于以下方面具體應(yīng)用： 1、TRUNK功能用于與服務(wù)器相聯(lián)，給服務(wù)器提供獨(dú)享的高帶寬。 2、TRUNK功能用于交換機(jī)之間的級(jí)聯(lián)，通過(guò)犧牲端口數(shù)來(lái)給交換機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換提供捆綁的高帶寬，提高網(wǎng)

6、絡(luò)速度，突破網(wǎng)絡(luò)瓶頸，進(jìn)而大幅提高網(wǎng)絡(luò)性能。3、Trunk可以提供負(fù)載均衡能力以及系統(tǒng)容錯(cuò)。由于Trunk實(shí)時(shí)平衡各個(gè)交換機(jī)端口和服務(wù)器接口的流量，一旦某個(gè)端口出現(xiàn)故障，它會(huì)自動(dòng)把故障端口從Trunk組中撤消，進(jìn)而重新分配各個(gè)Trunk端口的流量，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容錯(cuò)。13MAC地址表：交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的依據(jù)就是MAC地址表，因而MAC地址表的大小，學(xué)習(xí)規(guī)則也是交換機(jī)的性能指標(biāo)之一。14交換機(jī)之所以能夠直接對(duì)目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，而不是像集線器一樣以廣播方式對(duì)所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，最關(guān)鍵的技術(shù)就是交換機(jī)可以識(shí)別連在網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)卡MAC地址，并把它們放到一個(gè)叫做MAC地址表的地方。這個(gè)MAC地址表存放

7、于交換機(jī)的緩存中，并記住這些地址，這樣當(dāng)需要向目的地址發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，交換機(jī)就可在MAC地址表中查找這個(gè)MAC地址的節(jié)點(diǎn)位置，然后直接向這個(gè)位置的節(jié)點(diǎn)發(fā)送。所謂MAC地址數(shù)量是指交換機(jī)的MAC地址表中可以最多存儲(chǔ)的MAC地址數(shù)量，存儲(chǔ)的MAC地址數(shù)量越多，那么數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的速度和效率也就就越高。15但是不同檔次的交換機(jī)每個(gè)端口所能夠支持的MAC數(shù)量不同。在交換機(jī)的每個(gè)端口，都需要足夠的緩存來(lái)記憶這些MAC地址，所以Buffer（緩存）容量的大小就決定了相應(yīng)交換機(jī)所能記憶的MAC地址數(shù)多少。通常交換機(jī)只要能夠記憶1024個(gè)MAC地址基本上就可以了，而一般的交換機(jī)通常都能做到這一點(diǎn)，所以如果對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不是

8、很大的情況下，這參數(shù)無(wú)需太多考慮。當(dāng)然越是高檔的交換機(jī)能記住的MAC地址數(shù)就越多，這在選擇時(shí)要視所連網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模而定了。16服務(wù)質(zhì)量（QoS）：QoS是交換機(jī)的又一重要指標(biāo)。根據(jù)業(yè)務(wù)性質(zhì)不同，重要程度的不同進(jìn)行數(shù)據(jù)流的劃分，有區(qū)別的對(duì)待這些數(shù)據(jù)流，是保障緊急重要業(yè)務(wù)的重要措施，是發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)價(jià)值的有效方式。17QoS的英文全稱為“Quality of Service”，中文名為“服務(wù)質(zhì)量”。QoS是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機(jī)制, 是用來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)。QoS具有如下功能：181 1分類分類 分類是指具有QoS的網(wǎng)絡(luò)能夠識(shí)別哪種應(yīng)用產(chǎn)生哪種數(shù)據(jù)包。沒有分類，網(wǎng)絡(luò)就不能確定對(duì)特殊數(shù)據(jù)包要進(jìn)行的

9、處理。所有應(yīng)用都會(huì)在數(shù)據(jù)包上留下可以用來(lái)識(shí)別源應(yīng)用的標(biāo)識(shí)。分類就是檢查這些標(biāo)識(shí)，識(shí)別數(shù)據(jù)包是由哪個(gè)應(yīng)用產(chǎn)生的。以下是4種常見的分類方法。19(1)協(xié)議 有些協(xié)議非?！敖≌劇?，只要它們存在就會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)延遲，因此根據(jù)協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行識(shí)別和優(yōu)先級(jí)處理可以降低延遲。應(yīng)用可以通過(guò)它們的EtherType進(jìn)行識(shí)別。譬如，AppleTalk協(xié)議采用0 x809B，IPX使用0 x8137。根據(jù)協(xié)議進(jìn)行優(yōu)先級(jí)處理是控制或阻止少數(shù)較老設(shè)備所使用的“健談”協(xié)議的一種強(qiáng)有力方法。(2)TCP和UDP端口號(hào)碼 許多應(yīng)用都采用一些TCP或UDP端口進(jìn)行通信，如 HTTP采用TCP端口80。通過(guò)檢查IP數(shù)據(jù)包的端口號(hào)碼，

10、智能網(wǎng)絡(luò)可以確定數(shù)據(jù)包是由哪類應(yīng)用產(chǎn)生的，這種方法也稱為第四層交換，因?yàn)門CP和UDP都位于OSI模型的第四層。20(3)源IP地址 許多應(yīng)用都是通過(guò)其源IP地址進(jìn)行識(shí)別的。由于服務(wù)器有時(shí)是專門針對(duì)單一應(yīng)用而配置的，如電子郵件服務(wù)器，所以分析數(shù)據(jù)包的源IP地址可以識(shí)別該數(shù)據(jù)包是由什么應(yīng)用產(chǎn)生的。當(dāng)識(shí)別交換機(jī)與應(yīng)用服務(wù)器不直接相連，而且許多不同服務(wù)器的數(shù)據(jù)流都到達(dá)該交換機(jī)時(shí)，這種方法就非常有用。(4)物理端口號(hào)碼 與源IP地址類似，物理端口號(hào)碼可以指示哪個(gè)服務(wù)器正在發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方法取決于交換機(jī)物理端口和應(yīng)用服務(wù)器的映射關(guān)系。雖然這是最簡(jiǎn)單的分類形式，但是它依賴于直接與該交換機(jī)連接的服務(wù)器。21

11、2 2標(biāo)注標(biāo)注 在識(shí)別數(shù)據(jù)包之后，要對(duì)它進(jìn)行標(biāo)注，這樣其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才能方便地識(shí)別這種數(shù)據(jù)。由于分類可能非常復(fù)雜，因此最好只進(jìn)行一次。識(shí)別應(yīng)用之后就必須對(duì)其數(shù)據(jù)包進(jìn)行標(biāo)記處理，以便確保網(wǎng)絡(luò)上的交換機(jī)或路由器可以對(duì)該應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)先級(jí)處理。通過(guò)采納標(biāo)注數(shù)據(jù)的兩種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE 802.1p或差異化服務(wù)編碼點(diǎn)(DSCP)，就可以確保多廠商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠?qū)υ摌I(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)處理。在選擇交換機(jī)或路由器等產(chǎn)品時(shí)，一定要確保它可以識(shí)別兩種標(biāo)記方案。雖然DSCP可以替換在局域網(wǎng)環(huán)境下主導(dǎo)的標(biāo)注方案IEEE 802.1p，但是與IEEE 802.1p相比，實(shí)施DSCP有一定的局限性。在一定時(shí)期內(nèi)，與IEEE 80

12、2.1p 設(shè)備的兼容性將十分重要。作為一種過(guò)渡機(jī)制，應(yīng)選擇可以從一種方案向另一種方案轉(zhuǎn)換的交換機(jī)。223 3優(yōu)先級(jí)設(shè)置優(yōu)先級(jí)設(shè)置 一旦網(wǎng)絡(luò)可以區(qū)分電話通話和網(wǎng)上瀏覽，優(yōu)先級(jí)處理就可以確保進(jìn)行Internet上大型下載的同時(shí)不中斷電話通話。為了確保準(zhǔn)確的優(yōu)先級(jí)處理，所有業(yè)務(wù)量都必須在網(wǎng)絡(luò)骨干內(nèi)進(jìn)行識(shí)別。在工作站終端進(jìn)行的數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)處理可能會(huì)因人為的差錯(cuò)或惡意的破壞而出現(xiàn)問題。黑客可以有意地將普通數(shù)據(jù)標(biāo)注為高優(yōu)先級(jí)，竊取重要商業(yè)應(yīng)用的帶寬，導(dǎo)致商業(yè)應(yīng)用的失效。這種情況稱為拒絕服務(wù)攻擊。通過(guò)分析進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的所有業(yè)務(wù)量，可以檢查安全攻擊，并且在它們導(dǎo)致任何危害之前及時(shí)阻止。23業(yè)務(wù)接口：分為普通接入接口

13、和上行匯聚端口。交換機(jī)支持的接口數(shù)量的多少直接決定了交換機(jī)的接入性能。交換機(jī)支持的接口類型直接決定了交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用位置，如100M或10M接入端口的交換機(jī)一般用于網(wǎng)絡(luò)的邊緣接入層，而1000M接入端口的交換機(jī)一般應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)核心層或匯聚層。24可擴(kuò)展接口模塊種類：能否支持可擴(kuò)展模塊和支持可擴(kuò)展模塊的數(shù)量是衡量交換機(jī)可擴(kuò)展性的重要指標(biāo)。25n可擴(kuò)展接口模塊主要有如下可擴(kuò)展接口模塊：n1端口1000Base-SX模塊n1端口1000Base-LX模塊n1端口1000Base-T模塊n1端口100Base-FX單模模塊n1端口100Base-FX多模模塊n1端口100Base-TX模塊n1端口1

14、000Base-ZX長(zhǎng)距模塊（單模70Km）n1端口1000Base-LX GL中距模塊（單模40Km）n堆疊模塊n2端口100Base-TX透明傳輸模塊n6端口100Base-FX多模模塊n6端口100Base-FX單模模塊n6端口10/100Base-T模塊快速以太網(wǎng)使用的介質(zhì)有二線和四線兩大類：二線實(shí)現(xiàn)叫做100BASE-X,使用雙絞線電纜的叫做100BASE-TX，使用光纜實(shí)現(xiàn)叫做100BASE-FX。四線實(shí)現(xiàn)使用雙絞線叫做100BASE-T4。26同樣,千兆以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)也分為二線和四線。二線實(shí)現(xiàn)叫做1000BASE-X,可以使用光纖發(fā)送短波長(zhǎng)激光信號(hào)(1000BASE-SX)或使用光

15、纖發(fā)送長(zhǎng)波長(zhǎng)激光信號(hào)(1000BASE-LX),以及使用屏蔽雙絞線發(fā)送電信號(hào)(1000BASE-CX)。四線實(shí)現(xiàn)使用雙絞線電纜(1000BASE-T)。27光纖千兆位以太網(wǎng)包括1000Base-SX、1000Base-LX、1000Base-ZX等。其中，SX(Short-wave)為短波，LX(longwave)為長(zhǎng)波，和ZX(extended range)為超長(zhǎng)波，1000Base-SX和1000Base-LX既可使用單模光纖，也可使用多模光纖；1000Base-ZX則只能使用單模光纖。 28主板（背板）：提供各業(yè)務(wù)接口和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)單元的聯(lián)系通道；背板交換容量的大小直接決定了交換機(jī)的最大交換

16、容量，這是交換機(jī)交換性能的一個(gè)重要指標(biāo)。主處理器（CPU）：交換機(jī)運(yùn)算的核心部件；它的主頻直接決定了交換機(jī)的運(yùn)算速度，用單位時(shí)間內(nèi)能夠完成的計(jì)算量來(lái)衡量。內(nèi)存（RAM）：為CPU運(yùn)算提供動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間；內(nèi)存空間的大小與CPU的主頻共同決定了計(jì)算的最大運(yùn)算量。FLASH（RAM）：提供永久存儲(chǔ)功能，主要保存配置文件和系統(tǒng)文件；FLASH能夠快速恢復(fù)業(yè)務(wù)，有效地保證了交換機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)還為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的升級(jí)維護(hù)提供方便、快捷的方式。如使用FTP、TFTP升級(jí)或配置等等。 29(1)線速的背板帶寬：考察交換機(jī)上所有端口能提供的總帶寬。計(jì)算公式：端口數(shù)相應(yīng)端口速率2（全雙工模式）。如果總帶寬標(biāo)稱背板帶寬

17、，那么在背板帶寬上是線速的。30(2)第二層包轉(zhuǎn)發(fā)線速：第二層包轉(zhuǎn)發(fā)率=千兆端口數(shù)量 1.488Mpps+百兆端口數(shù)量 0.1488Mpps+其余類型端口數(shù)相應(yīng)計(jì)算方法，如果這個(gè)速率標(biāo)稱二層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機(jī)在做第二層交換的時(shí)候可以做到線速。31(3)第三層包轉(zhuǎn)發(fā)線速：第三層包轉(zhuǎn)發(fā)率=千兆端口數(shù)量1.488Mpps+百兆端口數(shù)量 0.1488Mpps+其余類型端口數(shù)相應(yīng)計(jì)算方法。如果這個(gè)速率標(biāo)稱三層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機(jī)在做第三層交換的時(shí)候可以做到線速。 如果能滿足上面三個(gè)條件，那么我們就說(shuō)這款交換機(jī)真正做到了線速。32包轉(zhuǎn)發(fā)線速的衡量標(biāo)準(zhǔn)是以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送64byte的數(shù)據(jù)包（最小包）的

18、個(gè)數(shù)作為計(jì)算基準(zhǔn)的。對(duì)于千兆以太網(wǎng) 來(lái) 說(shuō) ， 計(jì) 算 方 法 如 下 ： 1 ， 0 0 0 ， 0 0 0 ，000bps/8bit/（64812）byte=1,488,095pps 說(shuō)明：當(dāng)以太網(wǎng)幀為64byte時(shí)，需考慮8byte的幀頭和12byte的幀間隙的固定開銷。故一個(gè)線速的千兆以太網(wǎng)端口在轉(zhuǎn)發(fā)64byte包時(shí)的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。快速以太網(wǎng)的統(tǒng)速端口包轉(zhuǎn)發(fā)率正好為千兆以太網(wǎng)的十分之一，為148.8kpps。對(duì) 于 萬(wàn) 兆 以 太 網(wǎng) ， 一 個(gè) 線 速 端 口 的 包 轉(zhuǎn) 發(fā) 率 為14.88Mpps。對(duì)于千兆以太網(wǎng)，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。 33電源系統(tǒng)：輸入電壓的可變化范圍和最大輸出電流等是電源系統(tǒng)的重要指標(biāo)。功耗：功耗也是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的重要考核指標(biāo)之一，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)設(shè)備都需要長(zhǎng)時(shí)間的可靠運(yùn)行，功耗和散熱成為