核心交换机的六个基础知识

admin 2023年10月17日13:51:10评论14 views字数 3001阅读10分0秒阅读模式
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内容来源:计算科学与信息化


首先你要明确一个概念,接入层交换机、汇聚层交换机、核心层交换机并非是交换机的种类或者属性,只是由其所执行的任务来划分的。

核心交换机的六个基础知识


从网络拓扑结构来讲,一个计算机网络系统结构需采用三层网络架构:接入层、汇聚层、核心层。


核心层是网络的枢纽中心,重要性突出。


因此核心层交换机应该采用拥有更高带宽、更高可靠性、更高性能和吞吐量的千兆甚至万兆以上可管理交换机。


今天来展开说说核心交换机选型的主要参数,6个基础知识点,看看你懂多少。


01

背板带宽


背板带宽也称交换容量。


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。


由于所有端口间的通信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信时的瓶颈。


带宽越大,提供给各端口的可用带宽越大,数据交换速度越大;


带宽越小,给各端口提供的可用带宽越小,数据 交换速度也就越慢。


核心交换机的六个基础知识


也就是说,背板带宽决定着交换机的数据处理能力,背板带宽越高,所能处理数据的能力就越强。


若欲实现网络的全双工无阻塞传输,必须满足最小背板带宽的要求。


计算公式:背板带宽=端口数量×端口速率×2


提示:对于三层交换机而言,只有转发速率和背板带宽都达到最低要求,才是合格的交换机,二者缺一不可。


例如,如何一款交换机有24个端口, 背板带宽=24*1000*2/1000=48Gbps。 


02

二层、三层的包转发率


网络中的数据是由一个个数据包组成,对每个数据包的处理要消耗资源。


转发速率(也称吞吐量)是指在不丢包的情况下,单位时间内通过的数据包数量。


吞吐量就像是立交桥的车流量,是三层交换机最重要的一个参数,标志着交换机的具体性能。


如果吞吐量太小,就会成为网络瓶颈,给整个网络的传输效率带来负面影响。


交换机应当能够实现线速交换,即交换速率达到传输线上的数据传输速度,从而最大限度地消除交换瓶颈。


对于三层核心交换机而言,若欲实现网络的无阻塞传输,这个速率能≤标称二层包转发速率和速率能≤标称三层包转发速率,那么交换机在做第二层和第三层交换的时候可以做到线速。


那么公式如下:


吞吐量(Mpps)=万兆位端口数量×14.88 Mpps+千兆位端口数量×1.488 Mpps+百兆位端口数量×0.1488 Mpps。


算出的吞吐如果小于你交换机的吞吐量的话,那就可以做到线速。


这里面万兆位端口与百兆端口如果有就算上去,没有就可以不用算。


核心交换机的六个基础知识


举个例子。


对于一台拥有24个千兆位端口的交换机而言,其满配置吞吐量应达到24×1.488 Mpps=35.71 Mpps,才能够确保在所有端口均线速工作时,实现无阻塞的包交换。


同样,如果一台交换机最多能够提供176个千兆位端口,那么其吞吐量至少应当为 261.8 Mpps(176×1.488 Mpps=261.8 Mpps),才是真正的无阻塞结构设计。


那么,1.488Mpps是怎么得到的呢?


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)的个数作为计算基准的。


对于千兆以太网来说,计算方法如下:


1,000,000,000bps/8bit/(64+8+12)byte=1,488,095pps 


说明: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。


故一个线速的千兆以太网端口在转发64byte包时的包转 发率为1.488Mpps。


快速以太网的统速端口包转发率正好为千兆以太网的十分之一,为148.8kpps。


  • 对于万兆以太网,一个线速端口的包转发率为14.88Mpps。

  • 对于千兆以太网,一个线速端口的包转发率为1.488Mpps。

  • 对于快速以太网,一个线速端口的包转发率为0.1488Mpps。


这个数据我们能用就行。


所以说,如果能满足上面三个条件(背板带宽、包转发率)那么我们就说这款核心交换机真正做到了线性无阻塞。


一般是两者都满足的交换机才是合格的交换机。

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背板相对大,吞吐量相对小的交换机,除了保留了升级扩展的能力外就是软件效率/专用芯片电路设计有问题;背板相对小。


吞吐量相对大的交换机,整体性能比较高。


不过背板带宽是可以相信厂家的宣传的,可吞吐量是无法相信厂家的宣传的,因为后者是个设计值,测试很困难的并且意义不是很大。


03

可扩展性

可扩展性应当包括两个方面:


 01  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,因此插槽数量也就从根本上决定着交换机的可扩展性。 


 02  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、 扩展功能模块等)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、GBIC模块、SFP模块、10Gbps模块等,


以适应大中型网络中复杂环境和网络应用的需求。


04

四层交换


第四层交换用于实现对网络服务的快速访问。

在四层交换中,决定传输的依据不仅仅是MAC地址(第二层网桥)或源/目标地址(第三层路由),而且包括 TCP /UDP(第四层)应用端口号,被设计用于高速Intranet应用。

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四层交换除了负载均衡功能外,还支持基于应用类型和用户ID的传输流控制功能。

此外,四层交换机直接安放在服务器前端,它了解应用会话内容和用户权限,因而使它成为防止非授权访问服务器的理想平台。


05

模块冗余

冗余能力是网络安全运行的保证。


任何厂商都不能保证其产品在运行的过程中不发生故障。


而故障发生时能否迅速切换就取决于设备的冗余能力。


对于核心交换机而 言,重要部件都应当拥有冗余能力,比如管理模块冗余、电源冗余等,这样才可以在最大程度上保证网络稳定运行。


06

路由冗余

路由冗余利用HSRP、VRRP协议保证核心设备的负荷分担和热备份。


在核心交换机和双汇聚交换机中的某台交换机出现故障时,三层路由设备和虚拟网关能够快速切换,实现双线路的冗余备份,保证整网稳定性。

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