“量网裁机”

2019-11-03 10:16:07

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供稿：网友

于春雷

　　边缘千兆以太网交换机的主要作用是，利用千兆以太网模块保证主干速率为1000M的同时，实现下级100M到桌面，使用户得到更大的带宽。由于它具有价格较低，需求量大，可以应用于各种层次等优点，已经得到了各方面用户的认同。因而，该款产品的市场品牌众多，无疑增加了用户的选购难度。那么，如何做到——“量网裁机”

　　技术的日趋完善使以太网占领了局域网领域，带宽需求的迅速增长推动以太网向千兆、万兆发展，目前，以千兆交换机为网络核心的构架日益获得广泛应用。千兆以太网交换机作为整个网络的中枢神经，其重要性早已为人所熟知。而边缘千兆以太网交换机的应用是替换现有网络上的交换机，以实现网络升级。它主要的作用是利用千兆位以太网模块，上连主干，保证主干速率为1000M的同时，实现下级100M到桌面，使用户得到更大的带宽。典型拓扑结构如图所示。市场方面，随着国产网络厂商技术的不断进步，边缘千兆交换机的价格也飞速下降。由于它具有价格较低，需求量大，可以应用于各种层次等优点，已经得到了各方面用户的认同。因而，该款产品的市场品牌众多，无疑增加了用户的选购难度。本文将帮助用户了解边缘千兆以太网交换机的注意事项，进而提供一些选购参考。

　　选购原则

　　边缘千兆以太网交换机种类繁多，价格、功能、性能各异，用户如何做到“量网裁机”，以避免不必要的浪费或失误，是用户选购适合产品的原则。

　　首先需要明确的是，应该尽量选用吞吐量达到线速或接近线速的交换机产品，延迟也要尽量低，处理数据包的响应能力要好。虽然在一般环境下网络负载都达不到交换机的工作承载极限，但网络的实际应用环境极为复杂，一些很难预测的大规模数据包很可能“不期而至”，因此选择拥有足够处理能力的交换机产品才不会“手忙脚乱”。

　　其次要考虑交换机的兼容性和扩展性。大多数网络都是由百兆向千兆升级，因此，为了尽可能保护从前的投资，设备的兼容性和扩展性都非常重要。而交换机的扩展性最大的体现就是交换机的扩展模块了。例如模块化交换机可以提供一系列扩展模块，如千兆以太网模块，FDDI模块，ATM模块，令牌环模块等等，当然它的价格也比较昂贵。

　　再次要考虑交换端口的数量和容错性。端口数量是最直观的衡量因素，常见的交换机端口数有8、12、16、24、48等几种。从应用上说，24口交换机较8口和16口的产品有更大的扩展余地，对企业进一步扩充网络有利。而容错性对于关键部门的应用是绝对必要的，像金融证券等行业对容错性的要求就很高。而相对来讲，教育行业对容错性的要求就不是十分严格。因此，金融部门尽量选择一些网络处理能力强的、容错性好的设备，而教育行业常有突发的大数据量多媒体等应用，可以选择一些高带宽、高扩展性的交换设备。

　　当然，还要考虑交换机的管理能力，其中包括网管功能和后台维护管理系统。一台交换机管理系统的优良对其设置和以后使用都会带来直接影响。如大型企业具有跨地域、跨行业、多层次和全方位等特点，业务内容覆盖面广，网络数据传输量大，数据交换能力强，首先要满足企业内部通信的需要，建立网络平台，并且要求网络系统不宕机，稳定可靠，不间断运行。因而对交换机的可管理性、高可靠性要求很高。

　　总之，在选购边缘千兆以太网交换机时，要根据实际网络需要综合考虑各种因素。

　　产品参数

　　上面讲述了选购交换机的原则，下面我们要了解一下各项参数对交换机的影响。

　　交换方式

　　首先应该了解一下交换机的交换方式。交换机的交换方式大致有直通式（Cut Through）、存储转发（Store ＆ Forward）、碎片隔离（Fragment Free）三种。边缘交换机也同样支持以上三种交换方式，而最常使用的为直通式和储存转发式。碎片隔离是有些交换机不支持的。

　　直通方式的以太网络交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。其优点是不需要存储，延迟（Latency）非常小、交换非常快。它的缺点是因为数据包的内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力，由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且，当以太网络交换机的端口增加时，交换矩阵变得越来越复杂，实现起来相当困难。

　　存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式，它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行CRC检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。优点是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，尤其重要的是，它可以支持不同速度的输入输出端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。缺点是存储转发方式在数据处理时延时大。用户可以根据自己的实际情况进行灵活选择。

　　扩展性

　　交换机的扩展性表现在端口数、扩展槽数和最大堆叠数等方面。端口数是交换机的一个直接表象。其端口数越大，对交换机的背板带宽要求就大，而生产的技术难度也就越大。现在市面上常见的边缘千兆交换机主要集中在24口上。扩展槽数对交换机的扩展性显而易见，其支持的扩展槽数越多，交换机的扩展性能也就越高。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连实现的，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/100M端口的千兆以太网边缘交换机，就可以通过1000M端口与1000M主干交换机实现1000M速率的连接交换机。

　　此外，交换机的底座类型也是影响交换机的扩展的一个因素。目前，市场上的交换机按设计理念分为三种：固定式、模块式、混合式。固定配置交换机一般具有固定端口的配置，如Cisco的Catalyst 1900/ 2900交换机，3Com的SuperStack Ⅱ系列等交换机。固定配置交换机的可扩充性显然不如模块式交换机，但是成本却要低得多。模块化交换机最大的特色就是具有很强的可扩展性，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，一般作为骨干交换机来使用。而混合式为以上两种的综合，既增加了灵活性，又节省了一部分成本。所以在选择交换机时应按照需要和经费来综合考虑到底购买哪种类型的交换机。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，即千兆边缘以太网交换机。

　　兼容性

　　兼容性方面，要考虑二层与三层交换。现在市场上的主流边缘交换机都是具有不完善的三层功能的以太网交换机。局域网交换机是工作在OSI第二层的（数据链路层），可以理解为一个多端口网桥，因此传统上称为第二层交换。目前，交换技术已经延伸到OSI第三层的部分功能，即所谓第三层交换，三层交换可以不将广播封包扩散，直接利用动态建立的MAC地址来通信，具有多路广播和虚拟网间基于ip、IPX等协议的路由功能，使得高速下的线性路由和服务质量都有了可靠的保证。

　　而作为二层交换机，无疑就会面对广播风暴，针对其缺点，出现了VLAN技术。一个VLAN就是一个独立的广播域，可以有效地防止广播风暴，因此配置十分灵活。VLAN技术使得一组网络设备，不管它们是处于同一物理网段，还是分布在不同的地点，都能像连接在同一网段上一样进行通信。802.1Q就是VLAN的标准。不同厂商的设备只要支持802.1Q标准，就可以互联，可以进行VLAN的划分，解决了兼容性问题。现在已经把一台交换机是否支持VLAN作为衡量一台交换机性能好坏的一个很重要的参数。

　　可靠性

　　在安全、可靠性能上有众多参数。可靠性方面就要谈到交换机设备是否支持热插拔、设备的冗余备份、散热能力和设备的故障恢复时间等。热插拔技术是指关于关键模块是否支持热插拔，例如千兆模块、电源等。因为金融证券行业对稳定性和响应时间要求比较高，该行业涉及的数据较敏感，所以要求有链路冗余。

　　典型以太网拓扑结构图

　　生成树协议（Spanning Tree PRotocol）是交换机的一项冗余措施。能够提供路径冗余，即使网络中有多条有效路径会引起不正常的环路，导致网络不正常时。使用STP可以使两个终端中只有一条有效路径。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）。

　　其他功能特性

　　除了以上介绍的参数外，还有其他重要功能特性对交换机也有影响，如端口速率，它已经从10M、100M提高到现在的1000M。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带宽，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核心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。而1000M边缘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交换机和1000M边缘交换机来说，还有一种常见的参数是速率的自协商，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。而在千兆端口上可以与上级主干交换机或服务器进行自协商。具备自协商功能的边缘交换机能够主动与所连设备进行调节，达到最佳工作状态。

　　背板带宽

　　背板带宽也是选购交换机时需要注意的参数，它将为交换机在高负荷下提供高速交换。背板带宽也称背板吞吐量，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。一般来说，一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会上升。背板带宽资源的利用率是与交换机的内部结构息息相关的。目前交换机采用的内部结构主要有以下几种：一是共享内存结构。这种方法需要很大的内存带宽,很高的管理费用。尤其是随着交换机端口的增加,由于需要内存容量更大，速度也更快,中央内存的价格变得很高，交换机内核成为性能实现的瓶颈。因此，目前共享内存结构不是最合理地利用背板带宽资源的内部结构。二是交叉总线结构。这种结构对于单点传输来讲性能很好,但并不适合点对多点传输。三是混合交叉总线结构。其优点是减少了交叉总线数，降低了成本,还减少了总线争用，但连接交叉矩阵的总线成为新的性能瓶颈。一般百兆交换机的背板带宽已经达到4.8GB，而边缘千兆交换机根据其所附加千兆模块不同，背板带宽也不同，一般附有两个千兆模块的边缘千兆以太网交换机的背板带宽是9.6GB。

　　背板带宽对交换机中的具体参数的影响就是吞吐量，它是指设备所有端口同时收发数据的能力的总和，也就是交换机的处理数据的能力的体现。

　　组播控制

　　随着VR 、3D等多媒体和VOD等广播业务/实时业务的开展，就需要能够支持QoS功能的交换机，即IP路由交换机。但是对于不具备完善三层功能的边缘千兆以太网交换机而言，就要具有组播控制功能（IGMP Snooping）。一般交换对IP的多播数据同广播数据一样处理，他们将这些数据转发往所有的其他交换机端口，而不管它们是否需要。IGMP 是路由器和它所连接的主机之间相互交换IP组信息的协议，有了IGMP Snooping功能，交换机就能侦测经过它的IGMP报文，从中学习IP组的信息。拦截IGMP Router 和IGMP Host 发送IGMP帧，并设置交换模块的组播帧的转发机制，使得从Router传送下来的组播帧，仅转发给需要的端口，此项功能减少了不必要的网络带宽的浪费，从而可以进一步提高网络的带宽。

　　因此了解交换机参数不仅是必要的，更有助于您更好地作出选择。

摘自《中国计算机报》

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