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低端交换机和高端交换机的主要差别

发布时间:2022-12-19 11:03:07浏览次数:

目前交换机里面最重要的、单价最贵的芯片是MAC芯片,而且大部分MAC芯片集成了CPU,商用的交换机MAC芯片基本上都可以实现基于硬件的二三层线速,主要MAC芯片厂家有盛科(中国)、Realtek(中国台湾)、博通(美国)和Marvell(美国)等,自研MAC芯片交换机厂家有思科、瞻博和华为等。

交换机的背板带宽,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。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力,单位为Gbps,也叫交换带宽,一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps不等。一般盒式交换机的背板带宽=端口数*相应端口速率*2(全双工模式),包率=千兆端口数量×1.488Mpps+百兆端口数量*0.1488Mpps+其余类型端口数*相应计算方法。因此低端交换机和高端交换机的主要差别不是吞吐量、包率等等,接下来从四个方面分析它们之间的主要差别。

1、硬件架构不同(主要盒式和机框式的差别)

盒式交换机的硬件架构如下图,基本上每个品牌的盒式交换机硬件架构都大同小异,都是差不多的硬件架构,只是质量差或小品牌的交换机会省掉很多增强交换机稳定性的一些电子器件,如:防雷电阻、电容、陶瓷电容,芯片周围的稳压电容等等。

盒式交换机硬件架构

机框式交换机硬件架构主要有如下几种:

Crossbar

CLOS

分类

无缓存

有缓存

非正交背板

正交背板

正交零背板

硬件

架构

✮单平面交换

✮中调度

✮交叉点无缓存

✮单平面交换

✮分布式调度

✮交叉点有缓存

✮多平面交换

✮线卡和交换网板平行

✮背板长走线

✮多平面交换

✮线卡和交换网板正交

✮背板短走线

✮多平面交换

✮线卡与交换网板正交

✮无背板

性能

特点

✮随端口数量交叉点数量呈几何增长

✮系统容量大时仲裁器易形成瓶颈

✮随端口数量交叉点数量随几何增长

✮调度算法复杂度限制扩展

✮背板限制带宽扩展且无法实现直通散热

✮走线带来信号衰减

✮基于cell的动态负载实现无阻塞

✮背板限制带宽扩展且无法实现直通散热

✮基于cell的动态负载实现无阻塞

✮带宽扩展更换相应网板即可

✮无背板设计实现交换机直通散热

✮基于cell的动态负载实现无阻塞

适用

设备

✮高密度槽位

✮可面向未来1-3年扩展

✮高密度槽位

✮可面向未来1-3年扩展

✮高密度槽位

✮可面向未来10年扩展

目前机框式交换机基本上都是采用CLOS架构,CLOS架构交换机的分类有以下三种:

非正交背板设计

非正交背板框式交换机硬件架构

如上图所示,业务线卡与交换网板互相平行,业务线卡和交换网板之间通过交换机背板走线连接。背板走线会带来信号干扰,无法实现高速的连接,背板设计也限制了带宽的升级,同时背板上PCB的走线要求很高,从背板很难去开孔,导致纯前后的直通风道设计一直无法突破,整个交换机的散热效率不高。目前H3C的S7500E系列框式交换机就是采用该硬件架构。

正交背板设计

正交背板框式交换机硬件架构

如上图所示,交换机业务板卡与交换网板采用完全正交设计(90度),跨线卡业务流量通过正交连接器直接上交换网板,支持信元交换,背板走线降低为零(较大规避信号衰减),较大提升了系统带宽和演进能力,整机容量可平滑扩展至百Tbps。但同非正交背板设计一样,由于背板的存在,限制了带宽的升级,同时也增加了散热的难度。目前H3C的S10500X系列框式交换机就是采用该硬件架构。

正交零背板设计

正交零背板框式交换机硬件架构

如上图所示,业务线卡与交换网板互相垂直通过高速连接器直接相连,背板走线为零,甚至无中板。正交零背板设计能减少背板走线带来的高速信号衰减,提高了硬件的可靠性,无背板设计能够解除背板对性能提升的限制,当需要更大带宽的时候,只需要更换相应板卡即可,大大缩短业务升级周期,并且因为没有了背板的限制,交换机直通风道散热问题迎刃而解,形成了贯穿前后板卡的高速、通畅的气流。目前H3C的S12500X系列框式交换机就是采用该硬件架构。

2、端口缓存大小

缓存的概念并不陌生,尤其是网络交换机,现在绝大部分的交换机均采用存储模式。一般的交换机,缓存就几MB,均分到各个端口也就几百KB,那是不是交换机的端口缓存越大越好?其实端口缓存也不是越大越好,缓存大会降低报文速度,使得延迟增大,对网络影响也比较大。因此不同档次的交换机厂家都会选择合适的端口缓存。

端口缓存主要解决网络中的突发流量,特别是监控网络里面有突发流量(突发流量即单位时间内产生的突发流量,如:1ms内产生2Mbit的数据,换算成速率就是2000Mb/s,就会超过千兆端口的性能),摄像头在拍摄动态画面时会产生突发流量,平时在监控里面看到的画面卡顿、马赛克等等基本上都是动态画面。因此监控交换机选型不能去计算码流,按照码流计算只要千兆交换机都没有问题,跟监控画面卡顿和马赛克有关的是端口缓存,越高端交换机端口缓存越大。

在我们监控网络的里面选型主要关注汇聚或核心层交换机,接入交换机选型基本上普通千兆交换机就完全够用。100个监控点以下一般选择H3C S5100系列弱三层交换机作为汇聚交换机,200个监控点以下一般选择H3C S5500系列强三层交换机作为汇聚交换机,300个监控点以上一般选择H3C S7000系列的机框式交换机作为汇聚交换机。

3、二三层表项大小

交换机里面所有的二三层协议和功能都是为了准确的、按需的生成二三层表项(包括arp表、路由表)并下发到MAC芯片形成FIB硬件表,从而实现流量的线速。注意MAC地址表本身就是一个二层硬件表项,不需要软件去学习,所以傻瓜交换机只有二层交换机。

傻瓜交换机 通过硬件的MAC地址表项实现线速。

二层交换机 通过硬件学习MAC地址表项,上层软件读取硬件MAC地址表项。

弱三层交换机 通过硬件学习MAC地址表项,上层软件通过协议计算下发三层表项到硬件,只是三层硬件表项比较少,如:H3C S5000PV5系列三层硬件表项128条,表示最多带128个主机实现三层。

强三层交换机 通过硬件学习MAC地址表项,上层软件通过协议计算下发三层表项到硬件,只是三层硬件表项比较大,如:H3C S5500V2系列三层硬件表项达16K。

4、软件功能特性的差别

软件功能也就是交换机支持的软件功能,越高端的交换机支持的协议功能肯定越多。二层主要协议有STP、MSTP、LACP、Mirror、LACP等等,三层主要协议有RIP、OSPF、BGP等路由协议,PIM-DM、PIM-SM等组播路由协议

问题:H3C S5500V2系列三层硬件表项达16K,说明可以实现16000个终端的三层,但为什么不可能用在上万人的网络,低端交换机和高端交换机应该还有其他差别吧?欢迎各位大神评论区发表看法!!

作者:长沙鑫鑫云网---刘定 入坑IT行业15年,从事过厂商研发工作、售前培训、售后及销售等多个IT岗位

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