交換基本原理

1、課程綱要課程綱要以太網(wǎng)交換基本概念以太網(wǎng)交換基本概念隊(duì)頭阻塞隊(duì)頭阻塞流控流控主講：交換機(jī)產(chǎn)品工程部劉玉龍主講：交換機(jī)產(chǎn)品工程部劉玉龍以太網(wǎng)交換基本概念以太網(wǎng)交換基本概念幀間隙同步信號 DMAC SMACTYPE/LENCRCDATA96比特比特64比特比特6字節(jié)字節(jié)6字節(jié)字節(jié)461500字節(jié)字節(jié)2字節(jié)字節(jié)4字節(jié)字節(jié)幀間隔：幀間隔：96/8=12字節(jié)字節(jié)同步信號：同步信號：64/8=8字節(jié)字節(jié)20字節(jié)的開銷字節(jié)的開銷以太網(wǎng)幀長度：以太網(wǎng)幀長度：64字節(jié)字節(jié)1518字節(jié)字節(jié)以太網(wǎng)以太網(wǎng)802.3的幀結(jié)構(gòu)的幀結(jié)構(gòu)（計(jì)算線速轉(zhuǎn)發(fā)能（計(jì)算線速轉(zhuǎn)發(fā)能力用到的數(shù)據(jù)）力用到的數(shù)據(jù)）交換機(jī)基本體系結(jié)構(gòu)交換機(jī)基本

2、體系結(jié)構(gòu)交換引擎和交換機(jī)構(gòu)交換引擎和交換機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)交換通道交換通道端口端口1端口端口n以太網(wǎng)交換基本概念以太網(wǎng)交換基本概念LincardMCULinecard以太網(wǎng)交換基本概念以太網(wǎng)交換基本概念示例：示例：上圖中展示通道、交換引擎交換引擎以太網(wǎng)交換基本概念以太網(wǎng)交換基本概念端口線速度端口線速度在物理介質(zhì)上傳輸?shù)膶?shí)際最大速度（包含開銷），稱為端口線速度在物理介質(zhì)上傳輸?shù)膶?shí)際最大速度（包含開銷），稱為端口線速度10M/100M/1000M指的就是端口的線速度指的就是端口的線速度端口吞吐量端口吞吐量傳輸有用數(shù)據(jù)的速度，稱為端口吞吐量傳輸有用數(shù)據(jù)的速度，稱為端口吞吐量合成帶寬合成帶寬交換

3、機(jī)多對端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的速度稱為合成帶寬交換機(jī)多對端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的速度稱為合成帶寬合成帶寬的計(jì)算合成帶寬的計(jì)算合成帶寬端口數(shù)合成帶寬端口數(shù)端口線速度端口線速度2交換容量交換容量交換機(jī)的交換機(jī)構(gòu)同時(shí)支持若干端口進(jìn)行接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的最大能交換機(jī)的交換機(jī)構(gòu)同時(shí)支持若干端口進(jìn)行接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的最大能力，它決定了交換機(jī)的實(shí)際合成帶寬力，它決定了交換機(jī)的實(shí)際合成帶寬以太網(wǎng)交換基本概念以太網(wǎng)交換基本概念交換容量、合成帶寬的關(guān)系交換容量、合成帶寬的關(guān)系一個(gè)交換容量為一個(gè)交換容量為1Gbps、16端口的交換機(jī)，僅能支持端口的交換機(jī)，僅能支持10個(gè)端口以個(gè)端口以100Mbps的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，其實(shí)際合成帶寬只有的速度

4、進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，其實(shí)際合成帶寬只有1Gbps，若，若16個(gè)端口同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，則每端口的帶寬只有個(gè)端口同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，則每端口的帶寬只有62.4Mps。以以Flex5010為例：為例：Flex5010的交換容量為的交換容量為8.8G,一共可以支持一共可以支持24個(gè)個(gè)100M電口和電口和2個(gè)千個(gè)千兆端口兆端口合成帶寬合成帶寬2410022100028.8G合成帶寬合成帶寬端口線速轉(zhuǎn)發(fā)端口線速轉(zhuǎn)發(fā)n端口工作在線速時(shí)的吞吐量（端口工作在線速時(shí)的吞吐量（Mpps）與端口線速度關(guān)系計(jì)算）與端口線速度關(guān)系計(jì)算n線速吞吐量與幀長相關(guān)，吞吐量線速度線速吞吐量與幀長相關(guān)，吞吐量線速度/8/(幀長幀長20）n以以GE端口處理端

5、口處理64字節(jié)幀長為例字節(jié)幀長為例n1Gbps/8/(64+20)=1.488095MppsnGE端口的端口的線速度線速度1Gbps，線速吞吐量線速吞吐量1.488095Mpps（64字節(jié)）字節(jié)）nL2全線速轉(zhuǎn)發(fā)全線速轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)所有端口均以交換機(jī)所有端口均以“端口線速度端口線速度”轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的情況下，交換機(jī)不丟包，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的情況下，交換機(jī)不丟包，則成為則成為L2全線速轉(zhuǎn)發(fā)全線速轉(zhuǎn)發(fā)L2全線速轉(zhuǎn)發(fā)：交換容量全線速轉(zhuǎn)發(fā)：交換容量=合成帶寬合成帶寬L3全線速轉(zhuǎn)發(fā)全線速轉(zhuǎn)發(fā)三層交換機(jī)的所有端口同時(shí)進(jìn)行三層報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，仍然可以工作三層交換機(jī)的所有端口同時(shí)進(jìn)行三層報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，仍然可以工作在線速狀態(tài)下，而交換

6、機(jī)不丟包，則成為在線速狀態(tài)下，而交換機(jī)不丟包，則成為L3全線速轉(zhuǎn)發(fā)全線速轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)交換基本概念以太網(wǎng)交換基本概念千兆端口處理不同包長報(bào)文的吞吐量千兆端口處理不同包長報(bào)文的吞吐量L2/L3L2/L3線速轉(zhuǎn)發(fā)性能的計(jì)算線速轉(zhuǎn)發(fā)性能的計(jì)算nL2/L3線速轉(zhuǎn)發(fā)性能線速轉(zhuǎn)發(fā)性能nL2/L3線速轉(zhuǎn)發(fā)性能所有端口線速吞吐量之和線速轉(zhuǎn)發(fā)性能所有端口線速吞吐量之和/2(針對針對64字節(jié)字節(jié)幀）幀）（當(dāng)交換容量（當(dāng)交換容量實(shí)際合成帶寬時(shí)）實(shí)際合成帶寬時(shí)）nL2/L3線速轉(zhuǎn)發(fā)性能交換容量線速轉(zhuǎn)發(fā)性能交換容量/8/(6420)/2（當(dāng)交換容量實(shí)際合成帶寬時(shí)）（當(dāng)交換容量實(shí)際合成帶寬時(shí)）n舉例：舉例：Flex5010的

7、交換容量的交換容量8.8G,計(jì)算其計(jì)算其L2/L3線速轉(zhuǎn)發(fā)性能線速轉(zhuǎn)發(fā)性能L3線速轉(zhuǎn)發(fā)性能線速轉(zhuǎn)發(fā)性能8.8Gbps/8/(64+20)/2=6.6Mpps所以所以Flex5010的的L3線速轉(zhuǎn)發(fā)性能為線速轉(zhuǎn)發(fā)性能為6.6Mpps課程綱要課程綱要以太網(wǎng)交換基本概念以太網(wǎng)交換基本概念隊(duì)頭阻塞隊(duì)頭阻塞流控流控Head-of-Link Blocking (HOLB)定義：在傳輸中為了防止隊(duì)列中的信元丟失，隊(duì)列中所有后續(xù)的信元必須等待，這時(shí)它就阻塞了后面信元的處理，即使后面的信元已可以交換。這種現(xiàn)象就稱為隊(duì)頭阻塞（線頭阻塞）。 隊(duì)頭阻塞是現(xiàn)實(shí)存在的，而防控技術(shù)只是彌補(bǔ)手段。 通俗的講：隊(duì)頭防阻塞只是通

8、過防控技術(shù)達(dá)到“盡量”避免隊(duì)列后面的信元被阻塞的目的。 可見防控手段是通過“盡量少盡量少”的丟棄隊(duì)列前面“發(fā)生阻塞”的信元來實(shí)現(xiàn)的。HOLB發(fā)生原因：由于FIFO（先進(jìn)先出）隊(duì)列機(jī)制造成的，每個(gè)crossbar輸入端的FIFO首先處理的是在隊(duì)列中最靠前的數(shù)據(jù)，而這時(shí)隊(duì)列后面的數(shù)據(jù)對應(yīng)的出口緩存可能已空閑，但因?yàn)榈貌坏教幚矶荒艿却@樣既浪費(fèi)了帶寬又降低系統(tǒng)性能。這就如同你在只有一條行車線的馬路上右轉(zhuǎn)，但你前面有直行車，雖然這時(shí)右行線已空閑，但你也只能等待。 一個(gè)典型的HOLB例子：HOLB防止防止HOLB方法方法 每種設(shè)備實(shí)現(xiàn)的方法并不完全相同，為了達(dá)到“盡量避免損失”的目的，很多設(shè)備可以同

9、時(shí)基于多種計(jì)算方法來實(shí)現(xiàn)。舉例說明：BCM可以通過下面兩種控制方式，實(shí)現(xiàn)防止HOLB ： （1）基于CELL的HOL （2）基于報(bào)文的HOL 基于基于CELL的的HOL方法：方法：如果一個(gè)出口COSLCCOUNT超過了HOLCOSCELLSETLIMIT寄存器值，MMU會(huì)給Ingress端口發(fā)一個(gè)消息，通知入口某個(gè)出口進(jìn)入了HOL防止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)入口會(huì)丟棄以后所有到這個(gè)出口的報(bào)文，直到這個(gè)出口CELL數(shù)降到HOLCELLRESETLIMIT值以下。 （HOLCOSCELLSETLIMIT寄存器值 可由廠商技術(shù)人員來調(diào)整）防止防止HOLB方法方法基于報(bào)文的基于報(bào)文的HOL方法：方法：如果一個(gè)出口的

10、COSPKTCOUNT超過了HOLCOSPKTSETLIMIT寄存器值，MMU同樣會(huì)給Ingress端口發(fā)一個(gè)消息，通知入口某個(gè)出口進(jìn)入了HOL防止?fàn)顟B(tài)。這樣入口會(huì)丟棄以后所有到這個(gè)出口的報(bào)文，直到這個(gè)出口CELL數(shù)降到HOLCOSPKTRESETLIMIT值以下。 防止防止HOLB方法方法備注：不同速率端口寄存器值不同；端口緩沖端口的實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)能力課程綱要課程綱要以太網(wǎng)交換基本概念以太網(wǎng)交換基本概念隊(duì)頭阻塞隊(duì)頭阻塞流控流控流量控制流量控制定義：定義：流量控制用于防止在端口阻塞的情況下丟幀。這種方法是當(dāng)發(fā)送或接收緩沖區(qū)開始溢出時(shí)通過將阻塞信號發(fā)送回源地址實(shí)現(xiàn)的。流量控制可有效的防止由于網(wǎng)絡(luò)中瞬間的大流量數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)帶來的沖擊，保證用戶網(wǎng)絡(luò)高效而穩(wěn)定的運(yùn)行。請注意：流控針對的是交換端口而言的，HOL是交換機(jī)內(nèi)部的機(jī)制；流量控制方式流量控制方式流量控制可以分為兩種方式：1、在半雙工方式下，流量控制是通過反向壓力（Backpressure）即我們通常說的背壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，這種技術(shù)是通過向發(fā)送源發(fā)送jamming信號使得信息源降低發(fā)送速度。 提醒：當(dāng)端口出現(xiàn)沖突時(shí)，向?qū)Ψ蕉丝诎l(fā)送jamming信號，通知對方降低發(fā)送速度。 在流量非常高時(shí)，半雙工模式下的沖突會(huì)非常普遍，所以頻繁的沖突會(huì)導(dǎo)頻繁的“端口發(fā)送的回退”操作，導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延大或者丟包； 故：不推薦端