交换机的交换模式及主要性能指标

交换机交换模式及性能指标

目录

目录 (1)

1交换机交换模式 (2)

1.1快速转发交换模式（cut-through） (2)

1.2碎片丢弃交换模式(fragment free) (3)

1.3存储转发交换模式(store and forward) (3)

1.4 各种转发模式图解 (4)

1.5 IBM G8264系列交换机交换模式的操作 (4)

2交换机的性能指标 (5)

2.1背板带宽(backplane bandwidth) (5)

2.2 线速(Line Speed/Line Rate) (5)

2.3包的转发率(PPS) (6)

2.4吞吐量(throughput) (6)

2.6 MAC地址表容量 (8)

2.6.1 MAC地址 (8)

2.6.2 MAC址址表 (9)

2.7其它一些技术批标 (11)

2.8 MAC地址表应用实例 (11)

2.9支持超大帧（Jumbo） (13)

2.10 Microburst流量突出处理 (14)

2.11 IBM G8264与其它厂商交换机性能指标对比实例 (14)

1交换机交换模式

交换机的交换模式包括静态和动态两种。静态交换是由人工来完成端口之间传输通道的建立；动态交换是通过对目的MAC地址的查询，得到的输出端口来临时建立传输通道的，这个传输通道在数据帧传送完成后自动断开。目前，交换机最常采用的交换模式是动态交换模式。动态交换模式主要有：快速转发、碎片丢弃和存储转发三种模式。1.1快速转发交换模式（cut-through）

快速转发交换模式是指交换机在接收数据帧时，一旦检测到前6个字节—即目的地址就立即进行转发。由于数据帧在进行转发处理时仅对目的MAC地址部分复制到缓冲区，并不是复制一个完整的帧，所以这个数据帧在转发之前没有经过校验和纠错，从而有可能导致错误的数据帧被转发出去。

快速转发交换模式的优点在于端口交换延迟小，交换速度快；缺点是在质量较差的物理链路上传输质量可靠性差，因此它适合于小型的交换机。但是当前万兆或千兆光纤网络的可靠性为快速转发提供了保障，所以万兆光纤以太网交换机的转发模式一般为快速转发模式。

IBM万兆交换机缺省采用的是此种交换模式。

1.2碎片丢弃交换模式(fragment free)

碎片丢弃交换模式也被称为自由分段模式或碎片隔离交换模式。交换机接收到数据帧时，先检测该数据帧是不是冲突碎片—即接收的帧字节数是否大于64字节，如果大于64字节即立刻进行转发，但也不保存整个数据帧；如果该数据帧是冲突碎片，则直接将该帧丢弃。

冲突碎片是因为网络冲突而受损的数据帧碎片，其特征是长度小于64字节，它不是有效的数据帧，以太网上的所有设备（包括网卡）默认的原则是丢弃碎片。

碎片丢弃交换模式过滤掉了冲突碎片，提高了网络传速的效率和带宽的利用率。这种转发模式非常适合以前10M/100M全双工的冲突链路（同轴电缆），现在此种模式基本失去用途。

1.3存储转发交换模式(store and forward)

存储转发模式与前两种转发模式最大的不同在于：它接收整个数据帧并保存在缓冲区中。它把数据帧先存储起来，然后进行循环冗余码校验检查，在对错误帧进行处理后，才取出数据帧的目的地址，进行转发操作。

存储转发方式的不足之处在于其进行数据处理的延时大。但是它的优点是可以对进行交换机的数据帧进行错误检测，有效地改善网络性能，同时它也可以支持不同速度的端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。因此，存储转发方式是计算机网络领域应用

最为广泛的方式，另外现在交换机的处理能力、缓存已大大改进，所以存储转发交换模式已成为主流模式，尤其在千兆网络中。

IBM千兆交换机包括ToR及Embedded交换机都采用此交换模式。

1.4 各种转发模式图解

1.5 IBM G8264系列交换机交换模式的操作

●IBM G8264系列交换机可以修改其转发模式，命令如下:

注：当CEE使能后，G8264CS 自动会进入Store-And-Forward存储转发模式。

●查看交换模式的命令

2交换机的性能指标

交换机的主要性能指标：背板(backplane)带宽，线速（line rate/line speed）、包转发率（PPS）、吞吐量（throughput）、延迟（delay）、MAC 地址表大小、是否支持大帧、流量突发（Microburst）处理能力等。

2.1背板带宽(backplane bandwidth)

交换机的交换结构主要分为总线式和非总线性，两种结构大致分别在模块化交换机和机架式交换机上体现。这个性能指标在总线交换结构交换机中适用，模块化的交换机（箱体式交换机/核心交换机）都采用总线交换结构，如思科的6500、7000系列，它直接影响着另外一个指标即是否线速。

IBM ToR交换机采用的是单芯片的矩阵式交换结构（cross-bar），不存在背板带宽的概念。

2.2 线速(Line Speed/Line Rate)

如果一台交换机是线速的，那么这台交换机的所有端口就能够在不丢包的前提下以最大标称速率收发不同大小的数据帧，如千兆端口以按1000 bite/s收发。如果是总线交换结构，要想达到线速指标，背板带宽要大于｛N*M *端口速率｝(其中N有每块模块/板卡的端口数，M为模块数)，同时板卡的交换容量也要大于｛端口数*端口速率｝，一般情况下，现代的交换机背板带宽不是瓶颈，板卡的交换容量是瓶颈，导致模块化交换机不能实现真正线速。

如果是交换矩阵结构，一般都能达到线速指标，这是由于这种交换结构的先进性决定的，所以高性能的交换机都采用这种交换结构。以下是IBM交换机在专业压力测试仪（Spirent, Ixia）测试线速的结果。

2.3包的转发率(PPS)

异步传输（串口）：每发一个字节，一个停止位，1/8浪费带宽。

同步传输（以太端口）：101010….1011（8个字节preamble前导位）+1个以太帧+12字节停止位。

在计算交换机包的转发率时是按以太网最小包64字节计算的，10M的端口如在线速下其包的转为：

(10000000/8)/(64+(8+12))=14880包/秒

一个千兆端口的包的转发率为1.488Mpps

2.4吞吐量(throughput)

一般认为，只要是线速，那么吞吐率也就为100%，但如果细分，二者还是有区别的：

Throughput的实测统计表如下：