以太網(wǎng)交換機(jī)的參數(shù)剖析

2019-11-03 10:18:36

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供稿：網(wǎng)友

田求　　交換機(jī)（Switch）性能的好壞將直接影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因此了解一下交換機(jī)參數(shù)不僅是必要的，更有助于您更好地作出符合實(shí)際需要的選擇。目前，ATM交換機(jī)的價(jià)格居高不下，并且主要應(yīng)用在大型網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)或者廣域網(wǎng)中，所以，我們將討論的重點(diǎn)集中在以太網(wǎng)交換機(jī)的參數(shù)剖析。

　　背板帶寬與端口速率的選擇

　　交換機(jī)的端口速率已經(jīng)從10M、100M提高到現(xiàn)在的1000M，已經(jīng)有人提出了兆兆位交換機(jī)的概念。從目前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的熱點(diǎn)來看，10兆交換機(jī)已經(jīng)淡出市場(chǎng)。另外，由于10/100兆自適應(yīng)網(wǎng)卡的價(jià)格大幅降低，使用戶能夠在桌面上享受到快速以太網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)而越來越多的用戶在主干上將使用千兆以太網(wǎng)交換技術(shù)。1000M交換機(jī)一般應(yīng)用在大型網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)中，與ATM一樣，為用戶提供高速的主干帶寬。100M交換機(jī)將在中小型網(wǎng)絡(luò)的主干中發(fā)揮作用，或者在大型網(wǎng)絡(luò)中扮演二級(jí)交換機(jī)的角色。

　　對(duì)于100M交換機(jī)來說，還有一種常見的參數(shù)是速率的自動(dòng)適配，即交換機(jī)的端口速率可以與網(wǎng)卡匹配，決定是以10M速率還是以100M速率連接。

　　雖然端口速率很重要，但是，影響交換速度的因素除了端口每秒吞吐多少數(shù)據(jù)包的能力外，還有：（1）背板帶寬：當(dāng)然是越寬越好，它將為您的交換機(jī)在高負(fù)荷下提供高速交換；（2）包轉(zhuǎn)發(fā)率：即交換機(jī)每秒轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)量。

交換方式

　　我們知道，交換機(jī)將每一個(gè)端口都掛在一條帶寬很高的背板總線（Core Bus）上，背板總線與交換引擎（Switch Engining）相連，由端口進(jìn)來的封裝數(shù)據(jù)包經(jīng)背板總線進(jìn)入交換引擎。交換機(jī)通過三種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)包的交換：

　　Cut through：封裝數(shù)據(jù)包進(jìn)入交換引擎后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)丟到背板總線上，再送到目的端口，這種交換方式交換速度快，但容易出現(xiàn)丟包現(xiàn)象；

　　Store ＆ Forward：封裝數(shù)據(jù)包進(jìn)入交換引擎后被存在一個(gè)緩沖區(qū)，由交換引擎轉(zhuǎn)發(fā)到背板總線上，這種交換方式克服了丟包現(xiàn)象，但降低了交換速度；

　　Fragment Free：介于上述兩者之間的一種解決方案。

　　當(dāng)然，不是所有的交換機(jī)都支持上述三種交換方式，有些交換機(jī)只支持前面兩種交換方式，并不支持Fragment Free。模塊化還是固定配置？

　　目前，市場(chǎng)上的交換機(jī)從設(shè)計(jì)理念上講只有兩種：一種是機(jī)箱式交換機(jī)（也稱為模塊化交換機(jī)），另一種是獨(dú)立式固定配置交換機(jī)。

　　機(jī)箱式交換機(jī)最大的特色就是具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，它能提供一系列擴(kuò)展模塊，諸如千兆以太網(wǎng)模塊、FDDI模塊、ATM模塊、快速以太網(wǎng)模塊、令牌環(huán)模塊等等，所以能夠?qū)⒕哂胁煌瑓f(xié)議、不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)連接起來。它最大的缺點(diǎn)就是價(jià)格昂貴。機(jī)箱式交換機(jī)一般作為骨干交換機(jī)來使用。

　　固定配置交換機(jī)，一般具有固定端口的配置，比如Cisco的Catalyst 1900/ 2900交換機(jī)，3Com的SuperStack Ⅱ系列，Bay的BayStack 350/ 450交換機(jī)等。固定配置交換機(jī)的可擴(kuò)充性顯然不如機(jī)箱式交換機(jī)，但是成本卻要低得多。

　　所以，在選擇交換機(jī)時(shí)應(yīng)按照需要和經(jīng)費(fèi)來綜合考慮是到底購買機(jī)箱式還是固定配置的交換機(jī)。一般來說，大型網(wǎng)絡(luò)的中心交換機(jī)應(yīng)考慮其擴(kuò)充性和冗余性，適合采用機(jī)箱式交換機(jī)；而二級(jí)交換機(jī)或者中小型網(wǎng)絡(luò)的主干則可采用簡(jiǎn)單明了的獨(dú)立式交換機(jī)。

　　專用芯片與通用芯片

　　一臺(tái)交換機(jī)實(shí)際上就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，因此也有自己的處理器（CPU）。在100M/1000M交換機(jī)中，處理器的任務(wù)十分繁重。有些交換機(jī)的生產(chǎn)廠商，采用通用的CPU芯片，由于通用CPU芯片不是專為交換機(jī)設(shè)計(jì)的，所以工作效率比較低，如果多個(gè)端口同時(shí)工作，則會(huì)引起丟包、堵塞等狀況發(fā)生。

　　大多數(shù)交換機(jī)生產(chǎn)廠商，采用自己專門設(shè)計(jì)的ASIC芯片。這種芯片由于是針對(duì)交換機(jī)而設(shè)計(jì)的，效率比較高。所以，在選用交換機(jī)時(shí)，要特別注意交換機(jī)是否采用了ASIC專用芯片。

　　您需要哪一種VLAN？

　　為了減少碰撞和廣播風(fēng)暴、增強(qiáng)安全性，用戶通常要求交換機(jī)具有劃分VLAN功能，也就是說，在交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)劃分子網(wǎng)。VLAN是一組可以互換單一播送數(shù)據(jù)包的交換機(jī)上的端口。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包從一個(gè)屬于某VLAN的端口進(jìn)行廣播時(shí)，交換機(jī)收到數(shù)據(jù)包，然后將它拷貝到這一VLAN所包括的所有端口上。

　　一般來說，不同VLAN之間是不能互相通信的，但是有些交換機(jī)支持一個(gè)端口既可以屬于這個(gè)VLAN，又可以屬于另外一個(gè)VLAN。

　　一些交換機(jī)依賴于附加的用于交換機(jī)之間進(jìn)行VLAN信息通信的協(xié)議，允許一個(gè)VLAN跨越到多臺(tái)交換機(jī)的端口上。

　　VLAN的劃分方式通常有如下幾種：最早的VLAN劃分是基于端口（Port Based ）的，即通過端口來劃分VLAN；現(xiàn)在的交換機(jī)還支持通過MAC地址（MAC Based ）和ip地址（PRotocol Based ）來劃分VLAN；一些較新的交換機(jī)，還可以通過策略服務(wù)(Policy Servie)來管理VLAN，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了VLAN的劃分和管理。

　　大部分交換機(jī)VLAN都遵循IEEE 802.1Q標(biāo)準(zhǔn)，有些交換機(jī)則遵循CGMP （Cisco Group Management Protocol）專有標(biāo)準(zhǔn)。

第三層交換還是第四層交換?

　　用戶在第二層交換機(jī)上劃分子網(wǎng)（VLAN），其子網(wǎng)之間的通信有賴于路由器的溝通，這就是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的做法。路由器的低效率和大時(shí)延使之成為網(wǎng)絡(luò)流量的瓶頸。于是一種同時(shí)具有第二層交換機(jī)和第三層路由器功能，并且其時(shí)延大大小于傳統(tǒng)路由器的全新設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生了。這就是第三層交換機(jī)。第三層交換機(jī)適用在有多個(gè)子網(wǎng)而不同的子網(wǎng)之間需要互通的場(chǎng)合，例如大型企業(yè)網(wǎng)或者校園網(wǎng)的骨干交換機(jī)。

　　值得一提的是，第三層交換的實(shí)現(xiàn)技術(shù)目前還沒有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，不同的廠商有不同的作法，例如：ATM論壇的MPOA、3Com的Fast IP、Cisco的Tag Switch、Ascend的IP Navigator等，當(dāng)然，還有極具發(fā)展?jié)摿Φ腗PLS。

　　有些第三層交換機(jī)具有通過辨別第四層協(xié)議端口的能力，有人就將其稱為第四層交換機(jī)。從根本上來說，第四層交換實(shí)際上就是一種第三層交換，不過是有一些增值的軟件。第四層交換實(shí)際上不在傳輸層上工作，它還是在第三層上進(jìn)行交換操作，只不過是對(duì)第三層交換更加敏感而已。

交換機(jī)之間的連接

　　需要交換機(jī)之間互相連接嗎？有人認(rèn)為用一根交叉的雙絞線（1、2和3、6對(duì)調(diào)）將它們連接起來就萬事大吉了，其實(shí)不然，交換機(jī)之間的連接還要考慮冗余和因此引起的帶寬瓶頸問題。

冗余連接突破瓶頸

　　我們知道，在以太網(wǎng)環(huán)境下是不允許出現(xiàn)環(huán)路的，生成樹（Spanning Tree）則可以在交換機(jī)之間實(shí)現(xiàn)冗余連接又避免出現(xiàn)環(huán)路。當(dāng)然，這要求交換機(jī)支持Spanning Tree。

　　不過，Spanning Tree冗余連接的工作方式是Stand By，也就是說，除了一條鏈路工作外，其余鏈路實(shí)際上是處于待機(jī)（Stand By）狀態(tài)，這顯然影響傳輸?shù)男省Ｒ恍┳钚碌募夹g(shù)，例如FEC（Fast Ethernet Channel）、ALB（Advanced Load Balancing）和Port Trunking 技術(shù)，則可以允許每條冗余連接鏈路實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)。其中FEC和ALB技術(shù)是用來實(shí)現(xiàn)交換機(jī)與服務(wù)器之間的連接（Server to Switch），而Port Trunking技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)交換機(jī)之間的連接（Switch to Switch）。通過Port Trunking的冗余連接，交換機(jī)之間可以實(shí)現(xiàn)幾倍于線速帶寬的連接。

堆疊

　　提供堆疊接口的交換機(jī)之間可以通過專用的堆疊線連接起來。通常，堆疊的帶寬是交換機(jī)端口速率的幾十倍，例如，一臺(tái)100M交換機(jī)，堆疊后兩臺(tái)交換機(jī)之間的帶寬可以達(dá)到幾百兆甚至上千兆。

　　多臺(tái)交換機(jī)的堆疊是靠一個(gè)提供背板總線帶寬的多口堆疊母模塊與單口的堆疊子模塊相聯(lián)實(shí)現(xiàn)的，并插入不同的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的堆疊。上聯(lián) 交換機(jī)可以通過上聯(lián)端口實(shí)現(xiàn)與骨干交換機(jī)的連接。例如，一臺(tái)具有24個(gè)10M和1個(gè)100M端口的交換機(jī)，就可以通過100M端口與100M主干交換機(jī)實(shí)現(xiàn)100M速率的連接。

摘自《賽迪網(wǎng)》

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