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新手在选购工业交换机时主要需要参考那些因素?

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工业交换机容量与包转发率怎么看:Gbps、Mpps与出口瓶颈

浏览次数: 飞畅科技原创 作者:飞畅科技技术团队

看工业交换机性能参数,要把端口速率、交换容量、包转发率和实际业务吞吐量分开。Gbps描述每秒比特数量,Mpps描述每秒处理多少帧,数字不能直接比大小。本文解释计算的前提和限制,纠正旧文把包转发率写成Mbps、字节换算错误以及用容量数字直接宣布线速的说法。

数据经过接口、芯片和出口

终端把数据组织成以太网帧发到入口,交换机依据目的地址与配置选择出口。硬件需要接收、解析和转发,每个出口还要按自身速率发送。多个入口竞争同一出口时,数据可能等待在队列中。接口能接通只说明建立链路,不能证明持续多端口负载下所有帧都能及时送出。

可以把设备理解为多个入口共享内部处理与不同出口,但道路类比不能推导精确性能。实际结果与帧长、方向、功能、配置和负载有关。询价或看测试报告时,把这些条件一起看,不能只摘出规格表上最大的数值。

先把比特、字节与帧分清

小写b表示比特,大写B表示字节,通常一字节为八比特。Mb/s或Mbps表示每秒兆比特,MB/s表示每秒兆字节。网络速率通常用十进制前缀;软件也可能采用不同显示口径,比较时确认单位。旧文“一MB等于1024字节”不正确,不能据此核算数据量。

pps表示每秒帧或包的处理数量,Mpps是每秒百万个。相同比特速率下,许多小帧会要求更高的帧处理速率;较长帧则一次处理携带更多数据。设备资料中“包”的具体口径需要核对,尤其不要将接口线速、业务有效数据和处理速率混成一个参数。

1.488Mpps怎样得到

以一个千兆以太网端口、单方向、64字节以太网帧为例,线缆时间占用还包括8字节前导码与帧起始分隔符,以及12字节时间对应的帧间隙。帧间隙不是另一个数据字段,但要占用发送节拍。把总时间占用折成84字节,再乘每字节八比特,才能计算该例的理论帧率。

计算为1,000,000,000÷[8×(64+8+12)],约等于每秒1,488,095帧,即1.488Mpps。百兆同口径约为0.1488Mpps,万兆约为14.88Mpps。这是所述条件下的理论值,不证明某一交换机、任何配置或所有帧长都达到该性能,也不能把前导码错误写成额外64字节。

一个千兆端口发送64字节帧时,前导码和帧间隙共同占用线路时间,理论约1.488Mpps
图1:单端口单方向计算示例。帧间隙为空闲时间;内部结构与时间图为机制示意,不是实测。

端口速率相加能说明什么

假设有24个百兆口和两个千兆口,单方向标称速率相加为4.4Gb/s;若按所有端口同时全双工统计,常见对照口径为8.8Gb/s。这个和数有助于检查规格口径,不能直接证明内部交换架构、缓存和所有功能都无瓶颈。厂家如何统计交换容量,需要在说明中确认。

同样按每个端口接收方向的64字节理论帧率相加,24×0.1488+2×1.488约为6.5472Mpps。它不应该写成6.6Mbps,也不要在未说明口径时再随意乘二。测试报告若分别计发送、接收或多芯片汇总,需统一后再比较。示例不是在推荐24加2的固定配置。

容量足够也可能卡在一个出口

两路千兆入口分别持续向同一个千兆出口送600Mb/s,合计输入1,200Mb/s,出口却最多按自己的物理速率发送。即使内部处理容量还有余量,也会出现积压;持续时间足够长时,有限缓存无法容纳全部帧。这里的负载是假设值,不代表实测或某型号保证。

增加内部交换容量不会自动改变出口速率。需要调整业务路径、出口能力或负载;链路聚合也应核对两端支持、成员状态和分流方式,单个流未必能占满所有成员。不要因为规格写了很大的交换容量,就忽略服务器网口、上联或远端链路的较低能力。

两个600Mb/s示例入口汇向一个1000Mb/s出口,输出队列在持续超载时积压并可能丢帧
图2:出口瓶颈与内部交换规模不同。示例数字仅说明负载关系,图中队列不是具体芯片缓存尺寸。

线速与无丢包需要测试条件

“线速”通常强调设备在指定流量条件下按接口速率转发,但应询问使用什么帧长、端口、方向和功能。只测试两个端口,不能证明全部端口同时工作;只测大帧,也不能证明小帧处理能力。VLAN、路由、访问规则和其它功能的配置应与目标业务有可比较关系。

RFC2544给出网络互连设备的性能测试方法,包括吞吐量、延时与丢帧等;它不是产品认证或每个项目统一的合格门槛。依据其方法得到的报告,应说明测试配置、负载、帧长与结果。不要在正在生产的网络上自行进行破坏性满载测试,适合在隔离环境由具备条件的人员实施。

缓存、时延和QoS不能脱离负载看

缓存可暂存到得太快的数据,但其共享方式、可用数量和队列分配均有实现差异。更大的缓存可能缓解某些突发,也可能让等待时间增长;不能认为缓存越大所有业务就越实时。设备转发延时与排队、链路传送和应用响应不是同一个指标,不套用旧文统一的10微秒或10毫秒要求。

QoS可按适用规则安排优先级或调度,帮助在竞争时照顾关键流量。它不能凭空增加总带宽,也不能保证所有流量都不丢。配置过严可能限制正常业务,应结合实际应用与同工况测试验证。控制、视频和备份的优先要求需要使用方明确,而不是把所有业务都设成最高级。

产品参数有疑点时先澄清

飞畅3422公开详情列有端口统计、队列管理、SFP信息和配置导入导出,这些能力可用于观测与保存配置。其参数页“包转发率”出现Mbps单位,应要求供应方核对正确单位、统计口径及测试条件,本文不把该数字转成已证实的Mpps能力。

不同型号的光口、电口、模块组合和固件可能不同。要求报价注明交付配置,提供与该配置相对应的文档和测试证据;不要用第三方设备支持某功能,推断飞畅全部系列都支持。只需要基础连接时,也不必为没有业务用途的路由或高级管理参数付费。

用一份可复核记录完成选择

记录终端流量、峰值、经过的出口和扩展需求,先核算每条实际路径,再核对端口、容量及帧处理。测试时保存设备版本、帧长、流向、持续时间、发送接收增量和应用表现。计数器对齐同一时间范围,区分接口错误、队列丢弃和终端处理失败。

采购结论应能说明余量来自哪里、哪一项仍待确认、为何该配置满足业务。以后提高码率、增加终端或更换模块,沿同一路径重新计算和测试。比起把参数相加后直接宣布合格,这种方法更容易找出瓶颈,也能让维护人员复现验证过程。

参考:RFC2544及RFC6815对生产网使用测试方法的限制;飞畅详情用于具体观测功能核对。两幅图为通用示意,非实测。