交换机的参数与选择

例如，对于一台拥有24个千兆端口的交换 例如，对于一台拥有24个千兆端口的交换 24 机而言， 机而言，其满配置吞吐量应达到 24× 35.71Mpps， 24×1.488Mpps = 35.71Mpps，才能够确保在 所有端口均线速工作时， 所有端口均线速工作时，实现无阻塞的包交 同样，如果一台交换机最多能够提供176 换。同样，如果一台交换机最多能够提供176 个千兆端口，那么， 个千兆端口，那么，其吞吐量至少应当为 261.8Mpps（ 261.8）， 261.8Mpps（176 x 1.488Mpps = 261.8）， 才是真正的无阻塞结构设计。 才是真正的无阻塞结构设计。
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如图所示Cisco 如图所示Cisco Catalyst 6513 交换机拥有13个插槽， 13个插槽 交换机拥有13个插槽，并且支持的 模块类型有几十款， 模块类型有几十款，具有非常大的 可扩展性， 可扩展性，可适用于各种复杂的网 络环境， 络环境，并可满足各种网络应用需 因此， 求，因此，非常适宜充当大中型网 络中的核心交换机。 络中的核心交换机。
1. 转发速率
事实上， 事实上，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） 64byte的数据包 时间内发送64byte的数据包（最小包）的个数 作为计算基准的。以千兆以太网端口为例，其 作为计算基准的。以千兆以太网端口为例， 计算方法如下： 计算方法如下：1 000 000 000 bps/ 8bit / 64＋ 12） （64＋8＋12）byte = 1 488 095pps 当以太网帧为64byte 64byte时 需考虑8byte 8byte的帧头和 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 由此可见， 的帧间隙的固定开销。 12byte的帧间隙的固定开销。由此可见，线速 的千兆以太网端口的包转发率为1.488Mpps。而 的千兆以太网端口的包转发率为1.488Mpps。 1.488Mpps 快速以太网的线速端口包转发率， 快速以太网的线速端口包转发率，则为千兆以 太网的十分之一， 0.1488Mpps。 太网的十分之一，即0.1488Mpps。 6
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3.1 交换机的主要参数 3.1.1 三层交换机的主要参数
1. 2. 3. 4.
转发速率 背板带宽 可扩展性 系统冗余
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1. 转发速率
对于千兆交换机而言， 对于千兆交换机而言，若欲实现网络的无阻 塞传输，要求： 塞传输，要求： 吞吐量（Mpps） 万兆端口数量×14.88Mpps+千 吞吐量（Mpps）=万兆端口数量×14.88Mpps+千 兆端口数量×1.488Mpps+百兆端口数量 兆端口数量×1.488Mpps+百兆端口数量 *0.1488Mpps 如果交换机标称的吞吐量大于或等于计算值， 如果交换机标称的吞吐量大于或等于计算值， 那么，在三层交换时应当可以达到线速。其中， 那么，在三层交换时应当可以达到线速。其中， 个千兆端口在包长为64 64字节时的理论吞吐量为 1个千兆端口在包长为64字节时的理论吞吐量为 Mpps， 个百兆端口在包长为64 64字节时的 1.488 Mpps，1个百兆端口在包长为64字节时的 理论吞吐量为0.1488 Mpps。 理论吞吐量为0.1488 Mpps。 5
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下图为用于充当大中型网络核心层的Cisco 6500系列交换机 系列交换机， 下图为用于充当大中型网络核心层的Cisco 6500系列交换机， 依据所采用的超级引擎不同，其最大转发速率分别为15 Mpps、 依据所采用的超级引擎不同，其最大转发速率分别为15 Mpps、 Mpps和 Mpps。 6509为例 尽管最多可以支持32 为例， 210 Mpps和400 Mpps。以Cisco 6509为例，尽管最多可以支持32 10Gbps端口或386个1000Mbps端口 但是， 端口或386 端口， 个10Gbps端口或386个1000Mbps端口，但是，即使采用性能最好 的超级引擎Supervisor 720，400Mbps的转发速率也只能 的超级引擎Supervisor Engine 720，400Mbps的转发速率也只能 支持26 10Gbps端口 或者268 1000Mbps端口的线速转发 26个 端口， 268个 端口的线速转发。 支持26个10Gbps端口，或者268个1000Mbps端口的线速转发。
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4507R交换机 Cisco Catalyst 4507R交换机
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5. 管理功能
交换机的管理功能（Management） 交换机的管理功能（Management）是指交换 机如何控制用户访问交换机， 机如何控制用户访问交换机，以及用户对交换 机的可视程度如何。三层交换机必须支持SNMP 机的可视程度如何。三层交换机必须支持SNMP 协议，并且提供友好的设备管理界面。 协议，并且提供友好的设备管理界面。除了可 以由厂商提供的网管软件管理外， 以由厂商提供的网管软件管理外，还必须能够 被第三方管理软件进行远程管理， 被第三方管理软件进行远程管理，实现与其他 网络设备的统一管理，降低管理成本、 网络设备的统一管理，降低管理成本、减化管 理操作。如图Catalyst 4506交换机远程管理页 理操作。如图Catalyst 4506交换机远程管理页 面。
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3. 可扩展性
由于三层交换机往往充当核心层或汇聚层交换机， 由于三层交换机往往充当核心层或汇聚层交换机， 需要适应各种复杂的网络环境，因此， 需要适应各种复杂的网络环境，因此，其可扩展性就 显得尤其重要。可扩展性应当包括两个方面： 显得尤其重要。可扩展性应当包括两个方面： 插槽数量：插槽用于安装各种功能模块和接口模块。 插槽数量：插槽用于安装各种功能模块和接口模块。 由于每个接口模块所提供的端口数量是一定的，因此， 由于每个接口模块所提供的端口数量是一定的，因此， 插槽数量也就从根本上决定着交换机所能容纳的端口 数量。另外，所有功能模块（如超级引擎模块、IP语 数量。另外，所有功能模块（如超级引擎模块、IP语 音模块、扩展服务模块、网络监控模块、 音模块、扩展服务模块、网络监控模块、安全服务模 块等）都需要占用一个插槽，因此， 块等）都需要占用一个插槽，因此，插槽数量也就从 根本上决定着交换机的可扩展性
本 课 内 容
交换机的主要参数 交换机的选择策略
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重点
二层和三层交换机的主要参数 核心层、汇聚层、 核心层、汇聚层、接入层和网管交换 机的选择策略
二层和三层交换机的主要参数 难点 核心层、汇聚层、接入层和网管交换 核心层、汇聚层、 机的选择策略
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第3章 交换机的参数与选择
就像梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥、 就像梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥、立 交桥等既功能相似， 交桥等既功能相似，又各有其不同的特点和 用途一样，交换机的种类非常之多， 用途一样，交换机的种类非常之多，不仅彼 此之间的性能差异较大， 此之间的性能差异较大，而且各自拥有不同 的特点，分别适用于不同的场合。因此， 的特点，分别适用于不同的场合。因此，必 须根据实际环境和应用需要进行合理的选择。 须根据实际环境和应用需要进行合理的选择。
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Catalyst 4506交换机 4506交换机 远程管理页 面
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4. 系统冗余
第三层交换机作为网络核心或骨干， 第三层交换机作为网络核心或骨干，其工作状态的稳定性 直接决定着网Hale Waihona Puke Baidu的稳定性， 直接决定着网络的稳定性，而部件的物理损坏又是无法绝对避 免的，因此，交换机系统的部件冗余就显得尤其重要。 免的，因此，交换机系统的部件冗余就显得尤其重要。通常情 况下，电源模块、超级引擎等重要部件都必须提供冗余支持， 况下，电源模块、超级引擎等重要部件都必须提供冗余支持， 从而保证所提供应用和服务的连续性， 从而保证所提供应用和服务的连续性，减少关键业务数据和服 务的中断。 6507R交换机就提供了电源模块和 务的中断。 Cisco Catalyst 6507R交换机就提供了电源模块和 超级引擎的冗余。 超级引擎的冗余。
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3. 可扩展性
模块类型：毫无疑问，支持的模块类型（ 模块类型：毫无疑问，支持的模块类型（如 LAN接口模块 WAN接口模块 ATM接口模块 接口模块、 接口模块、 接口模块、 LAN接口模块、WAN接口模块、ATM接口模块、扩展 功能模块等）越多，交换机的可扩展性越强。 功能模块等）越多，交换机的可扩展性越强。仅 以局域网接口模块为例，就应当包括RJ 45模块 RJ- 模块、 以局域网接口模块为例，就应当包括RJ-45模块、 GBIC（Giga Bitrate Interface Converter）模 GBIC（ Converter） SFP（ Pluggable）模块、 块、SFP（Small Form Pluggable）模块、10Gbps 模块等等， 模块等等，以适应大中型网络中复杂环境和网络 应用的需求。 应用的需求。
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2. 背板带宽
背板带宽计算公式如下： 背板带宽计算公式如下： 背板带宽=端口数量*端口速率* 背板带宽=端口数量*端口速率*2 6500系列交换机依据插槽数量 Cisco Catalyst 6500系列交换机依据插槽数量 的不同，其背板带宽分别为32Gbps 256Gbps和 32Gbps、 的不同，其背板带宽分别为32Gbps、256Gbps和 720Gbps。根据上述公式计算，256Gbps的背板只能 720Gbps。根据上述公式计算，256Gbps的背板只能 满足128 1000Mbps端口的无阻塞并发传输 同理， 128个 端口的无阻塞并发传输。 满足128个1000Mbps端口的无阻塞并发传输。同理， 由于Cisco 4506系列交换机的背板带宽仅 由于Cisco Catalyst 4506系列交换机的背板带宽仅 64Gbps，因此，也就只能满足32 1000Mbps端口 32个 为64Gbps，因此，也就只能满足32个1000Mbps端口 的无阻塞并发传输 。
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2. 背板带宽
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，就像是立交桥所拥有的车道的总和。 的最大数据量，就像是立交桥所拥有的车道的总和。由于所有端 口间的通讯都需要通过背板完成，所以，背板所能提供的带宽， 口间的通讯都需要通过背板完成，所以，背板所能提供的带宽， 就成为端口间并发通讯时的瓶颈。带宽越大， 就成为端口间并发通讯时的瓶颈。带宽越大，提供给各端口的可 用带宽越大，数据交换速度越快。即背板带宽决定着交换机的数 用带宽越大，数据交换速度越快。 据处理能力，背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强。 据处理能力，背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强。因此 背板带宽越大越好， 背板带宽越大越好，特别是对那些汇聚层交换机和中心交换机而 若欲实现网络的双全工无阻塞传输， 言。若欲实现网络的双全工无阻塞传输，必须满足最小背板带宽 的要求。 的要求。
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下图为充当中小型网络核心层的Cisco 下图为充当中小型网络核心层的Cisco Catalyst 4500系列交换机 依据所采用超级引擎的不同， 系列交换机， 4500系列交换机，依据所采用超级引擎的不同，其转发 速率分别为48Mpps 75Mpps和102Mpps。对于Cisco 48Mpps、 速率分别为48Mpps、75Mpps和102Mpps。对于Cisco 4510R而言 尽管最多可以支持384 而言， 384个 Catalyst 4510R而言，尽管最多可以支持384个1000Mbps 端口和2 10Gbps端口 但是，若欲实现线速转发， 端口， 端口和2个10Gbps端口，但是，若欲实现线速转发，其端 口组合应当为2 10Gbps端口+48个1000Mbps端口 端口+48 端口； 口组合应当为2个10Gbps端口+48个1000Mbps端口；或者 68个1000Mbps端口 端口。 68个1000Mbps端口。