交换机背板带宽延迟解析

　　我们都知道，背板带宽是交换机总的数据交换能力的标志，单位为Gbps，也就是俗称“交换带宽”，一般交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps不等。一台交换机背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，当然设计成本也会增高。

　　一般来讲，交换机背板带宽计算方法如下:

　　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(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。快速以太网的统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4.68MppS。

　　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，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;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。

　　如何考察交换机背板带宽是否够用

　　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。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上去。

　　但是，我们如何去考察一个交换机的背板带宽是否够用呢?显然，通过估算的方法是没有用的，我认为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，其满配置吞吐量应达到 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，而宣称的吞吐量为不到261.8Mpps(176 x 1.488Mpps = 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

　　二、端口速率计算

　　以太网传输最小包长就是64字节、POS口是40字节。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。

　　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。

　　三、端口总速率

　　在以太网中，每个帧头都要加上了8个字节的前导符，前导符的作用在于告诉监听设备数据将要到来。然后，以太网中的每个帧之间都要有帧间隙，即每发完一个帧之后要等待一段时间再发另外一个帧，在以太网标准中规定最小是12个字节，然而帧间隙在实际应用中有可能会比12个字节要大，在这里我用了最小值。每个帧都要有20个字节的固定开销，现在我们再来算一下交换机单个端口的实际吞吐量：148，809×(64+8+12)×8≈100Mbps，通过这个公式不难看出，真正的数据交换量占到64/84=76%，交换机端口链路的"线速"数据吞吐量实际上只有76Mbps，另外一部分被用来处理了额外的开销，这两者加起来才是标准的百兆或者千兆。