吞吐量、帶寬、bps、pps、轉發能力、線速轉發、交換帶寬

吞吐量是在一個給定的時間段內介質能夠傳輸的數據量。

吞吐量 VS. 帶寬

吞吐量和帶寬是很容易搞混的一個詞,兩者的單位都是Mbps.先讓我們來看兩者對應的英語,吞 吐量:throughput ; 帶寬: Max net bitrate 。當我們討論通信鏈路的帶寬時,一般是指鏈路上每秒所能傳送的比特數。我們可以說以太網的帶寬是10Mbps。但是,我們需要區分鏈路上的可用帶寬(帶 寬)與實際鏈路中每秒所能傳送的比特數(吞吐量)。我們傾向於用“吞吐量”一詞來表示一個系統的測試性能。這樣,因爲實現受各種低效率因素的影響,所以由 一段帶寬爲10Mbps的鏈路連接的一對節點可能只達到2Mbps的吞吐量。這樣就意味着,一個主機上的應用能夠以2Mbps的速度向另外的一個主機發送 數據。


bps:bit per second
pps:packet per second


1個千兆端口在包長爲64字節時的理論吞吐量爲1.488Mpps。

所以一般來說二層能力(L2)用bps,三層(L3)能力用pps,支援第三層交換的設備,廠家會分別提供第二層轉發速率和第三層轉發速率。

每一種設備所重視的規格都不一樣
1. L2 Switch 重視的是交換能及背板大小
2. L3 Switch 除了第一點外只要是進行Vlan Routing 及安全控管
3. Router 重視的是效能...目前則增加重視功能面
4. Firewall 重視的是效能及連接數


轉發能力是如何計算?
考驗轉發能力以能夠處理最小包長來衡量,對於以太網最小包爲64BYTE,加上幀開銷20BYTE,因此最小包爲84BYTE。
對於1個全雙工1000Mbps接口達到線速時要求:轉發能力=1000Mbps/((64+20)*8bit)=1.488Mpps
對於1個全雙工100Mbps接口達到線速時要求:轉發能力=100Mbps/((64+20)*8bit)=0.149Mpps


線速轉發:

端口在滿負載的情況下,對幀進行無差錯的轉發稱爲線速~~

交換機的背板帶寬,是交換機接口處理器或接口卡和數據總線間所能吞吐的最大數據量。背板帶寬標誌了交換機總的數據交換能力,單位爲Gbps,也叫交換帶寬,一般的交換機的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺交換機的背板帶寬越高,所能處理數據的能力就越強,但同時設計成本也會越高。

一般來講,計算方法如下:
1)線速的背板帶寬
考察交換機上所有端口能提供的總帶寬。計算公式爲端口數*相應端口速率*2(全雙工模式)如果總帶寬≤標稱背板帶寬,那麼在背板帶寬上是線速的。
2)第二層包轉發線速
第二層包轉發率=千兆端口數量×1.488Mpps+百兆端口數量*0.1488Mpps+其餘類型端口數*相應計算方法,如果這個速率能≤標稱二層包轉發速率,那麼交換機在做第二層交換的時候可以做到線速。
3)第三層包轉發線速
第三層包轉發率=千兆端口數量×1.488Mpps+百兆端口數量*0.1488Mpps+其餘類型端口數*相應計算方法,如果這個速率能≤標稱三層包轉發速率,那麼交換機在做第三層交換的時候可以做到線速。

(上面的計算都是用的最小的包長)



OSI七層模型中的數據鏈路層,和網絡層的線速轉發.。線速轉發,一般是指64字節的小包,能夠做到網卡接口流量的轉發不出現丟包.。比如1000M交換機,兩個1000M口轉發數據,一秒1400萬(尾數就不寫了,太老長)個64字節小包一個不丟.。網絡層的轉發,應該是交換機起了三層路由功能後的轉發性能.。這個只是一個概念性的東西,用戶一般也不會計較這一方面了,主流交換機的廠商也支持!

線速轉發分L2和L3,準對不同的產品,主要的性能指標側重點不盡相同。

背板帶寬,是交換機接口處理器或接口卡和數據總線間所能吞吐的最大數據量。一臺交換機的背板帶寬越高,所能處理數據的能力就越強,但同時設計成本也會上去。
 但是,我們如何去考察一個交換機的背板帶寬是否夠用呢?顯然,通過估算的方法是沒有用的,我認爲應該從兩個方面來考慮:
1、)所有端口容量X端口數量之和的2倍應該小於背板帶寬,可實現全雙工無阻塞交換,證明交換機具有發揮最大數據交換性能的條件。
2、)滿配置吞吐量(Mpps)=滿配置GE端口數×1.488Mpps其中1個千兆端口在包長爲64字節時的理論吞吐量爲1.488Mpps。例如,一臺最多可以提供64個千兆端口的交換機,其滿配置吞吐量應達到 64×1.488Mpps = 95.2Mpps,才能夠確保在所有端口均線速工作時,提供無阻塞的包交換。如果一臺交換機最多能夠提供176個千兆端口,而宣稱的吞吐量爲不到261.8Mpps(176 x 1.488Mpps = 261.8),那麼用戶有理由認爲該交換機採用的是有阻塞的結構設計。一般是兩者都滿足的交換機纔是合格的交換機。

比如:
2950G-48
背板=2×1000×2+48×100×2(Mbps)=13.6(Gbps)
相當於13.6/2=6.8個千兆口
吞吐量=6.8×1.488=10.1184Mpps

4506
背板64G
滿配置千兆口
4306×5+2(引擎)=32
吞吐量=32×1.488=47.616

一般是兩者都滿足的交換機纔是合格的交換機。

背板相對大,吞吐量相對小的交換機,除了保留了升級擴展的能力外就是軟件效率或專用芯片電路設計有問題;背板相對小。吞吐量相對大的交換機,整體性能比較高。不過背板帶寬是可以相信廠家的宣傳的,可吞吐量是無法相信廠家的宣傳的,因爲後者是個設計值,測試 很困難的並且意義不是很大。 (這句話好像說反了)

交換機的背版速率一般是:Mbps,指的是第二層,
對於三層以上的交換才採用Mpps

背板帶寬資源的利用率與交換機的內部結構息息相關。目前交換機的內部結構主要有以下幾種:一是共享內存結構,這種結構依賴中心交換引擎來提供全端口的高性能連接,由核心引擎檢查每個輸入包以決定路由。這種方法需要很大的內存帶寬、很高的管理費用,尤其是隨着交換機端口的增加,中央內存的價格會很高,因而交換機內核成爲性能實現的瓶頸;二是交叉總線結構,它可在端口間建立直接的點對點連接,這對於單點傳輸性能很好,但不適合多點傳輸;三是混合交叉總線結構,這是一種混合交叉總線實現方式,它的設計思路是,將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣,中間通過一條高性能的總線連接。其優點是減少了交叉總線數,降低了成本,減少了總線爭用;但連接交叉矩陣的總線成爲新的性能瓶頸。

交換機的交換容量

交換機的交換容量又稱爲背板帶寬或交換帶寬,是交換機接口處理器或接口卡和數據總線間所能吞吐的最大數據量。交換容量表明瞭交換機總的數據交換能力,單位爲Gbps,一般的交換機的交換容量從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺交換機的交換容量越高,所能處理數據的能力就越強,但同時設計成本也會越高。

我們如何去衡量一個交換機的交換容量是否夠用呢?
1)所有端口容量乘以端口數量之和的2倍應該小於交換容量,這樣可實現全雙工無阻塞交換,證明交換機具有發揮最大數據交換性能的條件。
2)滿配置吞吐量(Mpps)=滿配置端口數×1.488Mpps,其中1個千兆端口在包長爲64字節時的理論吞吐量爲1.488Mpps。

交換容量資源的利用率與交換機的內部結構息息相關。目前交換機的內部結構主要有以下幾種:一是共享內存結構,這種結構依賴中心交換引擎來提供全端口的高性能連接,由核心引擎檢查每個輸入包以決定路由。這種方法需要很大的內存帶寬、很高的管理費用,尤其是隨着交換機端口的增加,中央內存的價格會很高,因而交換機內核成爲性能實現的瓶頸;二是交叉總線結構,它可在端口間建立直接的點對點連接,這對於單點傳輸性能很好,但不適合多點傳輸;三是混合交叉總線結構,這是一種混合交叉總線實現方式,它的設計思路是,將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣,中間通過一條高性能的總線連接。其優點是減少了交叉總線數,降低了成本,減少了總線爭用;但連接交叉矩陣的總線成爲新的性能瓶頸。


交換容量和包轉發率之間什麼關係

轉發帶寬=包轉發速率*8*(64+8+12)=1344*包轉發速率


但當我看到CISCO Catalyst 3560G-24TS--24的參數的時候,無法驗證該公式。

Cisco Catalyst 3560G-24TS--24個以太網10/100/1000端口,4個SFP千兆位以太網端口;1RU

32Gbps轉發帶寬
基於64字節分組的轉發速率:38.7Mpps

我判斷該交換機不是線速交換機。如果是線速,轉發速率=(24+4)*1.48809=41.66652M,
轉發帶寬=(24+4)*1*2=56G
是不是公式錯了,但很多產品的參數都驗證了該公式啊


交換容量和轉發速率(華爲的)

交換容量和轉發速率:

1、我公司低端LSW交換均採用存儲轉發模式,交換容量的大小由緩存(BUFFER)的位寬及其總線頻率決定。
即,交換容量=緩存位寬*緩存總線頻率=96*133=12.8Gbps

2、端口容量是如何計算?
我司低端LSW端口均支持全雙工,因此交換機端口容量是其能夠提供端口之和的兩倍。即,
端口容量=2*(n*100Mbps+m*1000Mbps)(n:表示交換機有n個100M端口,m:表示交換機有m個1000M端口),

3、 轉發能力是如何計算?
我司LSW全部爲線速轉發,考驗轉發能力以能夠處理最小包長來衡量,對於以太網最小包爲64BYTE,加上幀開銷20BYTE,因此最小包爲84BYTE。
對於1個全雙工1000Mbps接口達到線速時要求:轉發能力=1000Mbps/((64+20)*8bit)=1.488Mpps
對於1個全雙工100Mbps接口達到線速時要求:轉發能力=100Mbps/((64+20)*8bit)=0.149Mpps

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