交换机背板带宽、包转发率计算方法

交换机背板带宽、包转发率的计算方法

1. 计算公式说明

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最大数据量。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。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。

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。

2. 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。

表1 不同网络的包转发率标准

3. 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。