包转发率和背板带宽计算方法

概念

包转发率，也称端口吞吐量，是指路由器在某端口进行的数据包转发能力，单位通常使用pps（包每秒）来衡量。一般来讲，低端的路由器包转发率只有几K到几十Kpps，而高端路由器则能达到几十Mpps（百万包每秒）甚至上百Mpps。如果小型办公使用，则选购转发速率较低的低端路由器即可，如果是大中型企业部门应用，就要严格这个指标，建议性能越高越好。

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。

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。（注，最小包意味着在相同时间内通过最多数量的报文）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。

*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，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。

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找了两台以太网交换机的性能参数，举例说明。

实例1：二层以太网交换机，以第一个为例

1)所有接口物理带宽=(24+4)*1000M/s*2=56G/s < 交换机背板交换容量256G。所以，它的背板带宽可以做到“线速”。

2）二层转发速率=(24+4)*1.488Mpps=41.664Mpps < 51Mpps。所以，它的二层数据转发能力可以实现“线速”（无阻塞）地转发。

3）二层交换机不涉及三层报文转发性能

实例2：三层以太网交换机，同样以第一个为例

1)所有接口物理带宽=(24*100M/s+2*1000M/s)*2=8.8G/s < 交换机背板交换容量49.6G。所以，它的背板带宽可以做到“线速”。

2）二层转发速率=24*0.1488Mpps+2*1.448Mpp=6.4672Mpps < 12.8Mpps。所以，它的二层数据转发能力可以实现“线速”（无阻塞）地转发。

3）三层转发速率的计算方式和计算结果同上——机器对三层数据也是可以线速转发的。

另外，“二层转发”和“三层转发”有什么区别？从转发性能上看，不都是12.8Mpps么？

我想其中的差别在于这么两点：一是，转发对象不同。一个是二层的数据帧，另一个是三层的数据报。二是，二层帧的目的mac不同。一个不一定是设备自身的mac，另一个是设备自身的mac。