交换机（一）

说到交换机，就不能不提到一些用来标称交换性能的技术指标，比如背板带宽、包转发率、线速转发等等，那么这些指标究竟是什么含义，换成数学语言来描述又是怎样的呢？本文就交换机的重要指标进行详细解释，希望能帮助到不太了解交换机的朋友，读懂厂商标称的技术参数，并能掌握判断交换机性能的基本方法，选择合适自己的产品。  


1、什么是线速
线速是指交换机的端口上每秒钟传输的bit数，单位为bps（bit per second，即每秒传输多少bit，一个bit也就是一个二进制数0或者1）。以我们常见的例子来说明的话，比如100M的网卡就是说的该网卡的网口线速为100Mbps；再比如安装的电信宽带是50M的宽带，说的是给我们开的端口线速度为50Mbps。

插个题外话——要注意的是，不要把线速和文件下载速度混为一谈了。在电脑上进行文件下载时的速度计算是以字节（byte）而不是以比特（bit）为单位的，我们通常说下载速度可以达到2M每秒意思是2M byte/s，也即2M Bps，大写的B表示Byte，小写的b表示bit。那么byte和bit的区别是什么呢？其实也很简单，1byte=8bit，也即8倍的关系。

比如50M带宽的电信宽带，是指其线速是50Mbps，但其下载速度并不是50M，而是最大可以达到50M÷8=6.25MBps，当然这是理论值，实际使用过程中能做到满速下载的情况很少。


2、什么是背板带宽
交换机的背板带宽（Backplane Bandwidth），也称交换带宽，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。背板可以理解为交换机或路由器内部的一条数据总线，设备端口间的数据交换都在总线上传输。如果把一个网络比喻成一个交通系统的话，各个网络设备相当于不同的城市，而背板就好比一条连接了这个系统内所有城市的高速公路，各城市之间的交通流量都需要从该高速公路上通过。那背板带宽就是该高速公路的最大无阻塞交通流量，当然和实际高速公路上复杂的交通状况不同的是，在这里我们要假设高速公路上的车辆都是以恒定的最高速度在行驶。

背板带宽是背板的物理属性，标志了交换机总的数据交换能力，也叫交换带宽，单位为Gbps（G bit per second，即每秒传输多少G bit的数据），一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps不等。一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但相应的成本也会越高。


3、什么是吞吐量
吞吐量（也称为整机包转发率）是指网络、设备、端口或其他设施在单位时间内成功地传送数据的数量（以比特、字节等为测量单位），也就是说吞吐量是指在没有帧丢失的情况下，设备能够接收并转发的最大数据速率。

吞吐量是一个极限指标，即网络设备在所有端口满配，并工作在端口的最高线速的情况下的一个指标。如果仍然以前面提到的连接不同城市的高速公路交通系统来比喻的话，一台交换机的吞吐量相当于进出这个系统内所有城市的交通流量之和，也即交换机所有端口的双向（双工）包转发率之和。

吞吐量的大小主要由网络设备的内外网口硬件，及程序算法的效率决定，尤其是程序算法，对于像需要进行大量运算的设备来说，算法的低效率会使通信量大打折扣。


4、吞吐量与带宽的区别
吞吐量和带宽是很容易搞混的概念，虽然两者的单位都是Mbps，但两者的含义从各自的英文名称就可以看出差别——吞吐量：throughput ; 带宽：Max net bitrate 。当我们讨论通信链路的带宽时，一般是指链路上每秒所能传送的比特数，它取决于链路时钟速率和信道编码，在计算机网络中又称为线速（也就是本文开头提到的概念）。我们可以说以太网的带宽是50Mbps。但是，我们需要区分链路上的可用带宽（带宽）与实际链路中每秒所能传送的比特数（吞吐量），通常倾向于用“吞吐量”一词来表示一个系统的测试性能。这样，因为实际传输中受各种低效率因素的影响，一段带宽为50Mbps的链路连接的一对节点可能只达到10Mbps的吞吐量。这样就意味着，一个主机上的应用能够以10Mbps的速度向另外的一个主机发送数据。


5、什么是包转发率
对于网络设备而言，除了吞吐量这个重要指标以外，报文转发率，也就是常说的包转发率是衡量网络设备性能的另一个主要指标。包转发率一般是指以64字节数据包的全双工吞吐量，该指标既包括吞吐量指标也涵盖了报文转发率指标。

包转发率的含义是每秒钟内所转发的数据包的个数，单位为pps，即packet per second。
这里的数据包packet和字节byte有个对应关系，即1packet=64byte。为什么是64呢，这是对包的定义，网络中1个数据包最小包含64字节，这64个字节指的是单纯的数据。当然数据包在网络中的传输不是仅仅裸传数据包，还要给每个数据包加上8byte的帧头和12byte的帧间隙，因此每传输一个数据包就需要传输64+8+12共84byte。

下面以一个1000Mbps的线速端口计算一下其最大包转发率。
1000Mbps=1,000,000,000bps/（84*8bit）≈1,488,095pps=1.488Mpps

按照此算法以此类推，可以得出以下常用线速端口的包转发率：
万兆线速端口包转发率14.88Mpps
千兆线速端口包转发率1.488Mpps
百兆线速端口包转发率0.1488Mpps


6、评估一台交换机的性能
理解了交换机的一些重要指标的具体含义，我们现在可以对一台交换机的性能进行评估了。

下面以飞鱼星VS5326G为例来计算其性能是否能与标称值匹配。

VS5326G具有24个10M/100M/1000M自适应以太网接口和2个1000M SFP光模块接口。为了满足该交换机所有端口的无阻塞交换，那么其背板带宽至少应该是：
（24*1000Mbps+2*1000Mbps）*2=52Gbps
这与标称参数一致。

可能有的朋友要问为何后面要乘以2？那是因为VS5326G的端口都是全双工的，收发同时在工作，都在传输数据，背板带宽必须要满足收发同时进行，这就是乘以2的由来。

可见，VS5326G的背板带宽完全满足了全部26个千兆端口无阻塞交换的条件，能做到线速转发。

7、背板带宽越高越好吗
这个问题我们还是以前面提到的交通系统来类比。假设整个系统内的车流量都在高速公路上运行，8车道即可满足所有车都能运行在最大速率无阻塞，那么这条高速公路即使增加到12车道也毫无意义，多出来的4条车道纯粹是浪费，不过是让用户多掏腰包罢了。

就以刚才举例的VS5326G来说明，24个千兆以太网口+2个千兆光网口，其背板带宽达到52G已完全足够。如果有朋友觉得另一个同样接口规格，但是背板带宽宣称为256G的交换机的性能更好，从而更愿意选择后者的话，那只能说明“人傻、钱多”。

一句话总结：在选择交换机时，要根据自己的应用需要，以该产品端口配置为依据，计算背板带宽和包转发率等指标，选择适合的产品，千万不要做容易被忽悠的冤大头。


8、关于虚标的产品参数
本文结尾小编想聊聊这个题外话。不知从何时起，有的厂商为了吸引客户，显示自己的产品性能非（比）常（别）强（家）悍（好），就虚标产品参数。比如一台标准24口千兆交换机，背板带宽实际只有48G的，标称96G甚至更多。不明真相的群众本来想购买实实在在标了48G的厂家A的同规格产品，一看隔壁B家的背板带宽高出一倍啊，牛X多了，毫不犹豫投入了隔壁家的怀抱。