以太网交换机的参数剖析
作者 佚名技术
来源 网络技术
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发布时间 2012-07-01
| 交换机（Switch）性能的好坏将直接影响到整个网络，因此了解一下交换机参数不仅是必要的，更有助于您更好地作出符合实际需要的选择。目前，ATM交换机的价格居高不下，并且主要应用在大型网络的骨干网或者广域网中，所以，我们将讨论的重点集中在以太网交换机的参数剖析。 背板带宽与端口速率的选择 交换机的端口速率已经从10M、100M提高到现在的1000M，已经有人提出了兆兆位交换机的概念。从目前网络应用的热点来看，10兆交换机已经淡出市场。另外，由于10/100兆自适应网卡的价格大幅降低，使用户能够在桌面上享受到快速以太网技术，进而越来越多的用户在主干上将使用千兆以太网交换技术。1000M交换机一般应用在大型网络的骨干网中，与ATM一样，为用户提供高速的主干带宽。100M交换机将在中小型网络的主干中发挥作用，或者在大型网络中扮演二级交换机的角色。 对于100M交换机来说，还有一种常见的参数是速率的自动适配，即交换机的端口速率可以与网卡匹配，决定是以10M速率还是以100M速率连接。 虽然端口速率很重要，但是，影响交换速度的因素除了端口每秒吞吐多少数据包的能力外，还有：（1）背板带宽：当然是越宽越好，它将为您的交换机在高负荷下提供高速交换；（2）包转发率：即交换机每秒转发数据包的数量。 交换方式 我们知道，交换机将每一个端口都挂在一条带宽很高的背板总线（Core Bus）上，背板总线与交换引擎（Switch Engining）相连，由端口进来的封装数据包经背板总线进入交换引擎。交换机通过三种方式进行数据包的交换： Cut through：封装数据包进入交换引擎后，在规定时间内丢到背板总线上，再送到目的端口，这种交换方式交换速度快，但容易出现丢包现象； Store ＆ Forward：封装数据包进入交换引擎后被存在一个缓冲区，由交换引擎转发到背板总线上，这种交换方式克服了丢包现象，但降低了交换速度； Fragment Free：介于上述两者之间的一种解决方案。 当然，不是所有的交换机都支持上述三种交换方式，有些交换机只支持前面两种交换方式，并不支持Fragment Free。 模块化还是固定配置？ 目前，市场上的交换机从设计理念上讲只有两种：一种是机箱式交换机（也称为模块化交换机），另一种是独立式固定配置交换机。 机箱式交换机最大的特色就是具有很强的可扩展性，它能提供一系列扩展模块，诸如千兆以太网模块、FDDI模块、ATM模块、快速以太网模块、令牌环模块等等，所以能够将具有不同协议、不同拓扑结构的网络连接起来。它最大的缺点就是价格昂贵。机箱式交换机一般作为骨干交换机来使用。 固定配置交换机，一般具有固定端口的配置，比如Cisco的Catalyst 1900/ 2900交换机，3Com的SuperStack Ⅱ系列，Bay的BayStack 350/ 450交换机等。固定配置交换机的可扩充性显然不如机箱式交换机，但是成本却要低得多。 所以，在选择交换机时应按照需要和经费来综合考虑是到底购买机箱式还是固定配置的交换机。一般来说，大型网络的中心交换机应考虑其扩充性和冗余性，适合采用机箱式交换机；而二级交换机或者中小型网络的主干则可采用简单明了的独立式交换机。 专用芯片与通用芯片 一台交换机实际上就是一台计算机，因此也有自己的处理器（CPU）。在100M/1000M交换机中，处理器的任务十分繁重。有些交换机的生产厂商，采用通用的CPU芯片，由于通用CPU芯片不是专为交换机设计的，所以工作效率比较低，如果多个端口同时工作，则会引起丢包、堵塞等状况发生。 大多数交换机生产厂商，采用自己专门设计的ASIC芯片。这种芯片由于是针对交换机而设计的，效率比较高。所以，在选用交换机时，要特别注意交换机是否采用了ASIC专用芯片。 您需要哪一种VLAN？ 为了减少碰撞和广播风暴、增强安全性，用户通常要求交换机具有划分VLAN功能，也就是说，在交换机上实现划分子网。VLAN是一组可以互换单一播送数据包的交换机上的端口。当一个数据包从一个属于某VLAN的端口进行广播时，交换机收到数据包，然后将它拷贝到这一VLAN所包括的所有端口上。 一般来说，不同VLAN之间是不能互相通信的，但是有些交换机支持一个端口既可以属于这个VLAN，又可以属于另外一个VLAN。 一些交换机依赖于附加的用于交换机之间进行VLAN信息通信的协议，允许一个VLAN跨越到多台交换机的端口上。 VLAN的划分方式通常有如下几种：最早的VLAN划分是基于端口（Port Based ）的，即通过端口来划分VLAN；现在的交换机还支持通过MAC地址（MAC Based ）和IP地址（Protocol Based ）来划分VLAN；一些较新的交换机，还可以通过策略服务(Policy Servie)来管理VLAN，进一步简化了VLAN的划分和管理。 大部分交换机VLAN都遵循IEEE 802.1Q标准，有些交换机则遵循CGMP （Cisco Group Management Protocol）专有标准。 第三层交换还是第四层交换? 用户在第二层交换机上划分子网（VLAN），其子网之间的通信有赖于路由器的沟通，这就是传统网络的做法。路由器的低效率和大时延使之成为网络流量的瓶颈。于是一种同时具有第二层交换机和第三层路由器功能，并且其时延大大小于传统路由器的全新设备应运而生了。这就是第三层交换机。第三层交换机适用在有多个子网而不同的子网之间需要互通的场合，例如大型企业网或者校园网的骨干交换机。 值得一提的是，第三层交换的实现技术目前还没有公认的标准，不同的厂商有不同的作法，例如：ATM论坛的MPOA、3Com的Fast IP、Cisco的Tag Switch、Ascend的IP Navigator等，当然，还有极具发展潜力的MPLS。 有些第三层交换机具有通过辨别第四层协议端口的能力，有人就将其称为第四层交换机。从根本上来说，第四层交换实际上就是一种第三层交换，不过是有一些增值的软件。第四层交换实际上不在传输层上工作，它还是在第三层上进行交换操作，只不过是对第三层交换更加敏感而已。 交换机之间的连接 需要交换机之间互相连接吗？有人认为用一根交叉的双绞线（1、2和3、6对调）将它们连接起来就万事大吉了，其实不然，交换机之间的连接还要考虑冗余和因此引起的带宽瓶颈问题。 冗余连接突破瓶颈 我们知道，在以太网环境下是不允许出现环路的，生成树（Spanning Tree）则可以在交换机之间实现冗余连接又避免出现环路。当然，这要求交换机支持Spanning Tree。 不过，Spanning Tree冗余连接的工作方式是Stand By，也就是说，除了一条链路工作外，其余链路实际上是处于待机（Stand By）状态，这显然影响传输的效率。一些最新的技术，例如FEC（Fast Ethernet Channel）、ALB（Advanced Load Balancing）和Port Trunking 技术，则可以允许每条冗余连接链路实现负载分担。其中FEC和ALB技术是用来实现交换机与服务器之间的连接（Server to Switch），而Port Trunking技术则是实现交换机之间的连接（Switch to Switch）。通过Port Trunking的冗余连接，交换机之间可以实现几倍于线速带宽的连接。 堆叠 提供堆叠接口的交换机之间可以通过专用的堆叠线连接起来。通常，堆叠的带宽是交换机端口速率的几十倍，例如，一台100M交换机，堆叠后两台交换机之间的带宽可以达到几百兆甚至上千兆。 多台交换机的堆叠是靠一个提供背板总线带宽的多口堆叠母模块与单口的堆叠子模块相联实现的，并插入不同的交换机实现交换机的堆叠。 上联交换机可以通过上联端口实现与骨干交换机的连接。例如，一台具有24个10M和1个100M端口的交换机，就可以通过100M端口与100M主干交换机实现100M速率的连接。 |
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