交换基本原理
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课程纲要
➢以太网交换基本概念 ➢队头阻塞 ➢流控
主讲：交换机产品工程部刘玉龙
以太网交换基本概念
96比特
帧间隙
64比特 6字节 6字节 2字节
46—1500字节 4字节
同步信号 DMAC SMAC TYPE/LEN DATA
CRC
以太网802.3的帧结构
（计算线速转发能 力用到的数据）
帧间隔：96/8=12字节 同步信号：64/8=8字节
HOLB 一个典型的HOLB例子：
防止HOLB方法
每种设备实现的方法并不完全相同，为了达到“尽量 避免损失”的目的，很多设备可以同时基于多种计算 方法来实现。 举例说明： BCM可以通过下面两种控制方式，实现防止HOLB ： （1）基于CELL的HOL （2）基于报文的HOL
防止HOLB方法
基于CELL的HOL方法：
请注意：流控针对的是交换端口而言的，HOL是交换 机内部的机制；
流量控制方式
流量控制可以分为两种方式：
1、在半双工方式下，流量控制是通过反向压力（ Backpressure）即我们通常说的背压技术实现的，这种 技术是通过向发送源发送jamming信号使得信息源降低 发送速度。
提醒：当端口出现冲突时，向对方端口发送jamming信号，通知 对方降低发送速度。 在流量非常高时，半双工模式下的冲突会非常
20字节的开销
以太网帧长度：64字节－－1518字节
以太网交换基本概念
端口1
端口n
交换通道 交换引擎和交换机构
数据缓冲区 交换机基本体系结构
以太网交换基本概念
示例：
Linecard
MCU Lincard
上图中展示通道源自文库交换引擎…………
以太网交换基本概念
•端口线速度
–在物理介质上传输的实际最大速度（包含开销），称为端口线速度 –10M/100M/1000M指的就是端口的线速度
防止HOLB方法
基于报文的HOL方法：
如果一个出口的COSPKTCOUNT超过了 HOLCOSPKTSETLIMIT寄存器值，MMU同样会给Ingress端 口发一个消息，通知入口某个出口进入了HOL防止状态。 这样入口会丢弃以后所有到这个出口的报文，直到这个出 口CELL数降到HOLCOSPKTRESETLIMIT值以下。
如果一个出口COSLCCOUNT超过了HOLCOSCELLSETLIMIT 寄存器值，MMU会给Ingress端口发一个消息，通知入口某 个出口进入了HOL防止状态。这时入口会丢弃以后所有到这 个出口的报文，直到这个出口CELL数降到 HOLCELLRESETLIMIT值以下。
（HOLCOSCELLSETLIMIT寄存器值 可由厂商技术人员来调 整）
–一个交换容量为1Gbps、16端口的交换机，仅能支持10个端口以 100Mbps的速度进行数据转发，其实际合成带宽只有1Gbps，若16 个端口同时转发，则每端口的带宽只有62.4Mps。
•以Flex5010为例：
–Flex5010的交换容量为8.8G,一共可以支持24个100M电口和2个千 兆端口 –合成带宽＝24×100×2＋2×1000×2＝8.8G –合成带宽<＝交换容量————>端口线速转发
•端口吞吐量
－传输有用数据的速度，称为端口吞吐量
•合成带宽
–交换机多对端口转发数据的速度称为合成带宽
•合成带宽的计算
–合成带宽＝端口数×端口线速度×2
•交换容量
–交换机的交换机构同时支持若干端口进行接收和转发数据的最大能 力，它决定了交换机的实际合成带宽
以太网交换基本概念
•交换容量、合成带宽的关系
课程纲要
➢以太网交换基本概念 ➢队头阻塞 ➢流控
Head-of-Link Blocking (HOLB)
定义： 在传输中为了防止队列中的信元丢失，队列中所 有后续的信元必须等待，这时它就阻塞了后面信 元的处理，即使后面的信元已可以交换。这种现 象就称为队头阻塞（线头阻塞）。
－队头阻塞是现实存在的，而防控技术只是弥补 手段。 通俗的讲：队头防阻塞只是通过防控技 术达到“尽量”避免队列后面的信元被阻塞的目 的。
备注： 不同速率端口寄存器值不同； 端口缓冲 端口的实际转发能力
课程纲要
➢以太网交换基本概念 ➢队头阻塞 ➢流控
流量控制
定义： 流量控制用于防止在端口阻塞的情况下丢帧。 这种方法是当发送或接收缓冲区开始溢出时通过将阻 塞信号发送回源地址实现的。流量控制可有效的防止 由于网络中瞬间的大流量数据对网络带来的冲击，保 证用户网络高效而稳定的运行。
L2全线速转发
▪ 交换机所有端口均以“端口线速度”转发数据的情况下，交换机不丢包， 则成为L2全线速转发
▪ L2全线速转发：交换容量>=合成带宽
▪ L3全线速转发 ▪ 三层交换机的所有端口同时进行三层报文转发时，仍然可以工作 在线速状态下，而交换机不丢包，则成为L3全线速转发
千兆端口处理不同包长报文的吞吐量
以太网交换基本概念
端口工作在线速时的吞吐量（Mpps）与端口线速度关系计算 线速吞吐量与帧长相关，吞吐量＝线速度/8/(帧长＋20） 以GE端口处理64字节帧长为例 1Gbps/8/(64+20)=1.488095Mpps GE端口的线速度1Gbps，线速吞吐量1.488095Mpps（64字节）
L2/L3线速转发性能的计算
L2/L3线速转发性能 L2/L3线速转发性能＝所有端口线速吞吐量之和/2(针对64字节 帧） （当交换容量>实际合成带宽时） L2/L3线速转发性能＝交换容量/8/(64＋20)/2 （当交换容量＝实际合成带宽时） 举例：Flex5010的交换容量8.8G,计算其L2/L3线速转发性能 L3线速转发性能＝8.8Gbps/8/(64+20)/2=6.6Mpps 所以Flex5010的L3线速转发性能为6.6Mpps
－可见防控手段是通过“尽量少”的丢弃队列前 面“发生阻塞”的信元来实现的。
HOLB
发生原因： 由于FIFO（先进先出）队列机制造成的，每个
crossbar输入端的FIFO首先处理的是在队列中最靠前的数 据，而这时队列后面的数据对应的出口缓存可能已空闲， 但因为得不到处理而只能等待，这样既浪费了带宽又降低 系统性能。这就如同你在只有一条行车线的马路上右转， 但你前面有直行车，虽然这时右行线已空闲，但你也只能 等待。
➢以太网交换基本概念 ➢队头阻塞 ➢流控
主讲：交换机产品工程部刘玉龙
以太网交换基本概念
96比特
帧间隙
64比特 6字节 6字节 2字节
46—1500字节 4字节
同步信号 DMAC SMAC TYPE/LEN DATA
CRC
以太网802.3的帧结构
（计算线速转发能 力用到的数据）
帧间隔：96/8=12字节 同步信号：64/8=8字节
HOLB 一个典型的HOLB例子：
防止HOLB方法
每种设备实现的方法并不完全相同，为了达到“尽量 避免损失”的目的，很多设备可以同时基于多种计算 方法来实现。 举例说明： BCM可以通过下面两种控制方式，实现防止HOLB ： （1）基于CELL的HOL （2）基于报文的HOL
防止HOLB方法
基于CELL的HOL方法：
请注意：流控针对的是交换端口而言的，HOL是交换 机内部的机制；
流量控制方式
流量控制可以分为两种方式：
1、在半双工方式下，流量控制是通过反向压力（ Backpressure）即我们通常说的背压技术实现的，这种 技术是通过向发送源发送jamming信号使得信息源降低 发送速度。
提醒：当端口出现冲突时，向对方端口发送jamming信号，通知 对方降低发送速度。 在流量非常高时，半双工模式下的冲突会非常
20字节的开销
以太网帧长度：64字节－－1518字节
以太网交换基本概念
端口1
端口n
交换通道 交换引擎和交换机构
数据缓冲区 交换机基本体系结构
以太网交换基本概念
示例：
Linecard
MCU Lincard
上图中展示通道源自文库交换引擎…………
以太网交换基本概念
•端口线速度
–在物理介质上传输的实际最大速度（包含开销），称为端口线速度 –10M/100M/1000M指的就是端口的线速度
防止HOLB方法
基于报文的HOL方法：
如果一个出口的COSPKTCOUNT超过了 HOLCOSPKTSETLIMIT寄存器值，MMU同样会给Ingress端 口发一个消息，通知入口某个出口进入了HOL防止状态。 这样入口会丢弃以后所有到这个出口的报文，直到这个出 口CELL数降到HOLCOSPKTRESETLIMIT值以下。
如果一个出口COSLCCOUNT超过了HOLCOSCELLSETLIMIT 寄存器值，MMU会给Ingress端口发一个消息，通知入口某 个出口进入了HOL防止状态。这时入口会丢弃以后所有到这 个出口的报文，直到这个出口CELL数降到 HOLCELLRESETLIMIT值以下。
（HOLCOSCELLSETLIMIT寄存器值 可由厂商技术人员来调 整）
–一个交换容量为1Gbps、16端口的交换机，仅能支持10个端口以 100Mbps的速度进行数据转发，其实际合成带宽只有1Gbps，若16 个端口同时转发，则每端口的带宽只有62.4Mps。
•以Flex5010为例：
–Flex5010的交换容量为8.8G,一共可以支持24个100M电口和2个千 兆端口 –合成带宽＝24×100×2＋2×1000×2＝8.8G –合成带宽<＝交换容量————>端口线速转发
•端口吞吐量
－传输有用数据的速度，称为端口吞吐量
•合成带宽
–交换机多对端口转发数据的速度称为合成带宽
•合成带宽的计算
–合成带宽＝端口数×端口线速度×2
•交换容量
–交换机的交换机构同时支持若干端口进行接收和转发数据的最大能 力，它决定了交换机的实际合成带宽
以太网交换基本概念
•交换容量、合成带宽的关系
课程纲要
➢以太网交换基本概念 ➢队头阻塞 ➢流控
Head-of-Link Blocking (HOLB)
定义： 在传输中为了防止队列中的信元丢失，队列中所 有后续的信元必须等待，这时它就阻塞了后面信 元的处理，即使后面的信元已可以交换。这种现 象就称为队头阻塞（线头阻塞）。
－队头阻塞是现实存在的，而防控技术只是弥补 手段。 通俗的讲：队头防阻塞只是通过防控技 术达到“尽量”避免队列后面的信元被阻塞的目 的。
备注： 不同速率端口寄存器值不同； 端口缓冲 端口的实际转发能力
课程纲要
➢以太网交换基本概念 ➢队头阻塞 ➢流控
流量控制
定义： 流量控制用于防止在端口阻塞的情况下丢帧。 这种方法是当发送或接收缓冲区开始溢出时通过将阻 塞信号发送回源地址实现的。流量控制可有效的防止 由于网络中瞬间的大流量数据对网络带来的冲击，保 证用户网络高效而稳定的运行。
L2全线速转发
▪ 交换机所有端口均以“端口线速度”转发数据的情况下，交换机不丢包， 则成为L2全线速转发
▪ L2全线速转发：交换容量>=合成带宽
▪ L3全线速转发 ▪ 三层交换机的所有端口同时进行三层报文转发时，仍然可以工作 在线速状态下，而交换机不丢包，则成为L3全线速转发
千兆端口处理不同包长报文的吞吐量
以太网交换基本概念
端口工作在线速时的吞吐量（Mpps）与端口线速度关系计算 线速吞吐量与帧长相关，吞吐量＝线速度/8/(帧长＋20） 以GE端口处理64字节帧长为例 1Gbps/8/(64+20)=1.488095Mpps GE端口的线速度1Gbps，线速吞吐量1.488095Mpps（64字节）
L2/L3线速转发性能的计算
L2/L3线速转发性能 L2/L3线速转发性能＝所有端口线速吞吐量之和/2(针对64字节 帧） （当交换容量>实际合成带宽时） L2/L3线速转发性能＝交换容量/8/(64＋20)/2 （当交换容量＝实际合成带宽时） 举例：Flex5010的交换容量8.8G,计算其L2/L3线速转发性能 L3线速转发性能＝8.8Gbps/8/(64+20)/2=6.6Mpps 所以Flex5010的L3线速转发性能为6.6Mpps
－可见防控手段是通过“尽量少”的丢弃队列前 面“发生阻塞”的信元来实现的。
HOLB
发生原因： 由于FIFO（先进先出）队列机制造成的，每个
crossbar输入端的FIFO首先处理的是在队列中最靠前的数 据，而这时队列后面的数据对应的出口缓存可能已空闲， 但因为得不到处理而只能等待，这样既浪费了带宽又降低 系统性能。这就如同你在只有一条行车线的马路上右转， 但你前面有直行车，虽然这时右行线已空闲，但你也只能 等待。