四層千兆接入交換機(jī)還是比較常用的，于是我研究了一下四層千兆接入交換機(jī)性能的綜合講解，在這里拿出來和大家分享一下，希望對大家有用。不論是在傳統(tǒng)的PSTN時代、ATM時代，還是今天的寬帶IP時代，在網(wǎng)絡(luò)邊緣提供多種的業(yè)務(wù)和智能的服務(wù)，而在網(wǎng)絡(luò)核心提供簡潔的、高性能的、高可靠性的大容量交換是電信業(yè)諳熟的道理。從大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的角度看，這種做法無疑具備其合理性。

在企業(yè)網(wǎng)領(lǐng)域，不論是系統(tǒng)集成商還是用戶們也有類似考慮，比如說在網(wǎng)絡(luò)的骨干僅提供高速、高可靠性、大容量的第三層交換，而僅僅在網(wǎng)絡(luò)的接入層、分布層劃分VLAN。但是在多業(yè)務(wù)和智能的考慮卻略有不同。一方面是因?yàn)樽钤绲囊蕴W(wǎng)僅僅是滿足最基本的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作，多業(yè)務(wù)、QoS等名詞非常罕見。當(dāng)人們認(rèn)識到QoS、安全的重要性時，僅僅有一些高端的核心機(jī)箱式骨干交換機(jī)具備了識別應(yīng)用、提供QoS和豐富的訪問控制的功能。可謂巧婦難為無米之炊！

2001年到2002年，我們看到業(yè)內(nèi)主流的網(wǎng)絡(luò)廠商分別推出了接入層或者分布層的智能以太網(wǎng)交換機(jī)，為廣大網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者、設(shè)計(jì)者在網(wǎng)絡(luò)邊緣提供分布式智能服務(wù)的產(chǎn)品?！毒W(wǎng)絡(luò)世界》編輯部在2002年5月份，在業(yè)內(nèi)率先推出題為《四層交換到桌面》的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品購買指南，對這一趨勢進(jìn)行了報(bào)道。

時隔半年多，在3Com公司、北京港灣網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司、華為技術(shù)有限公司的幫助下，《網(wǎng)絡(luò)世界》評測實(shí)驗(yàn)室組織了四層千兆接入交換機(jī)的測試，希望您能隨我們感受四層千兆接入交換機(jī)帶來的智能網(wǎng)絡(luò)邊緣—那種善解人意的全新體驗(yàn)！四層千兆接入交換機(jī)是市場上的新銳，類似產(chǎn)品不多，不少面市不久，對于三家公司對我們測試給予的支持深表感謝！另外，國內(nèi)外對四層接入交換機(jī)的橫向評測并不多，以何標(biāo)準(zhǔn)衡量其優(yōu)劣，沒有統(tǒng)一的認(rèn)識。此次測試沒有評出《網(wǎng)絡(luò)世界》評測實(shí)驗(yàn)室編輯選擇獎。

什么是智能的邊緣？

此次參加測試的三款交換機(jī)分別是3Com公司的SuperStack 3 Switch4400交換機(jī)，華為公司的Quidway S3026E交換機(jī)，港灣公司的FlexHammer 5010E。這三款交換機(jī)都是24個百兆口加2個千兆上聯(lián)端口的交換機(jī)。其中3Com公司的SuperStack 3 Switch4400交換機(jī)、華為公司的Quidway S3026E交換機(jī)為2/4層交換機(jī)，主要工作在網(wǎng)絡(luò)的接入層。港灣公司的FlexHammer 5010E交換機(jī)為2/3/4層交換機(jī)，可以工作在網(wǎng)絡(luò)的匯聚層，或者是網(wǎng)絡(luò)的接入層。總體上講，這三款交換機(jī)都服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)的邊緣。智能化的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能夠根據(jù)現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)上承載的不同應(yīng)用提供相應(yīng)的QoS保障，實(shí)現(xiàn)一定的網(wǎng)絡(luò)安全功能，提供完善的網(wǎng)絡(luò)管理。

以太網(wǎng)和IP技術(shù)本身已經(jīng)提供了QoS的一些功能，比如我們熟知的IEEE802.1P、ToS、DSCP幾個協(xié)議。很多的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和路由器也支持對數(shù)據(jù)包上相關(guān)的信息識別提供QoS的功能。但是，僅僅這些還不夠。首先，網(wǎng)絡(luò)終端（比如網(wǎng)卡）和應(yīng)用程序中支持IEEE802.1P和DSCP協(xié)議的產(chǎn)品并不普遍。如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要真正能夠?qū)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)提供QoS服務(wù)，就需要對數(shù)據(jù)包上更多的信息進(jìn)行識別，比如IP協(xié)議的類型、對以太網(wǎng)協(xié)議類型、IP地址進(jìn)行識別。另外今天主流的應(yīng)用系統(tǒng)軟件都使用TCP/IP協(xié)議族完成通信，不同的應(yīng)用與不同的TCP、UDP端口號相對應(yīng)，比如我們都非常熟悉的幾種應(yīng)用，WWW瀏覽對應(yīng)的是TCP/UDP端口號的80，SNMP網(wǎng)絡(luò)管理對應(yīng)的是TCP/UDP的16，而FTP是對應(yīng)的TCP/UDP端口號的21。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過對數(shù)據(jù)包上這些豐富信息的識別，就能夠按照不同的應(yīng)用提供不同的QoS服務(wù)和安全控制。

完成對不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)包加以區(qū)分和識別之后，需要交換機(jī)能夠?qū)@些數(shù)據(jù)包提供不同的QoS服務(wù)。比如在交換機(jī)的一些端口發(fā)生擁塞的情況下，確保高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包能夠盡可能不被丟棄、盡快地轉(zhuǎn)發(fā)出去。當(dāng)然，四層千兆接入交換機(jī)也可以按照需要禁止一些通信。對四層信息識別可以作更豐富的安全，基于應(yīng)用的安全，比如防止一些下載的應(yīng)用。

同時，對于一個大型的網(wǎng)絡(luò)來說，需要全網(wǎng)實(shí)現(xiàn)端到端的QoS策略。工作在邊緣的智能交換機(jī)在對不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)包進(jìn)行識別之后，可以根據(jù)QoS策略，為這些數(shù)據(jù)包打上相應(yīng)的標(biāo)記，而其他的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備比如核心的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、連接廣域網(wǎng)的路由器則只需通過對這些標(biāo)記進(jìn)行識別就能夠知道那些高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包，并提供相應(yīng)的QoS服務(wù)。還有一些交換機(jī)能夠根據(jù)不同的應(yīng)用限制他們的通信速率，確?；蛳拗埔恍?yīng)用對網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用。有些交換機(jī)還能夠在管理的過程中對流經(jīng)交換機(jī)的不同數(shù)據(jù)流進(jìn)行監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)。

體驗(yàn)什么？

這次測試的***個部分是驗(yàn)證這些四層接入交換機(jī)是否真正能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣的智能。第二部分的測試是希望了解這些四層接入交換機(jī)的智能是否會影響性能。比較交換機(jī)而言，路由器很早就實(shí)現(xiàn)了上述的“智能”，很多路由器都能支持訪問列表，可以對數(shù)據(jù)包的IP地址、IP協(xié)議類型、TCP/UDP的端口信息進(jìn)行識別，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。但是，很多情況下實(shí)際使用這些功能的人并不多，通常的路由器是利用通用CPU和軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包尋徑和轉(zhuǎn)發(fā)的，QoS和ACL功能會影響到路由器的性能。（詳細(xì)的測試方法見23版）

豐富的智能

經(jīng)過我們的測試，三款交換機(jī)都能夠提供豐富的智能，特別是可以依據(jù)數(shù)據(jù)包中四層的端口號（UDP和TCP端口號）根據(jù)不同的應(yīng)用提供不同的服務(wù)。（這三款交換機(jī)的功能可見功能列表）為了驗(yàn)證交換機(jī)在QoS的能力，我們用四個百兆端口向一個百兆端口發(fā)送數(shù)據(jù)包，不斷的增加負(fù)載造成接收端口的擁塞，來驗(yàn)證交換機(jī)的QoS功能。我們分別在交換機(jī)開啟QoS功能前和開啟QoS功能之后進(jìn)行了測試，測試在擁塞情況下數(shù)據(jù)包的丟失情況和延遲情況（結(jié)果見21版）。如果交換機(jī)開啟了QoS功能，UDP端口號為21的數(shù)據(jù)是***優(yōu)先級的，UDP端口號為24的為次低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包，UDP端口號為26的數(shù)據(jù)包為次高優(yōu)先級，UDP端口號為28的數(shù)據(jù)包是***優(yōu)先級。圖片中橫坐標(biāo)的百分?jǐn)?shù)代表著每一個端口的負(fù)載。在幀丟失率的測試中縱軸代表著丟失數(shù)據(jù)包的比例，在延遲測試中縱坐標(biāo)代表著數(shù)據(jù)包的平均延遲，單位是微秒（msec）。

在橫坐標(biāo)為25%的時候，交換機(jī)每一個發(fā)送端口的負(fù)載都達(dá)到了25%，而接收端口達(dá)到了100%線速，而當(dāng)橫坐標(biāo)超過30%以后，在接收端口則出現(xiàn)擁塞，隨之開始出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，幀丟失率測試圖中的紅色的曲線開始抬升。當(dāng)每個輸入端口的負(fù)載達(dá)到100%時測試停止，將有4倍于100Mbps的數(shù)據(jù)包發(fā)送到接收端口，造成極大的擁塞，一般這時候幀丟失測試紅色的曲線將停留在75%的刻度值，表示丟棄了75%的數(shù)據(jù)包。

所有參測交換機(jī)在沒有開啟QoS功能時候的幀流失率測試結(jié)果與3Com圖片類似（更多的結(jié)果、圖片請見網(wǎng)站），我們可以發(fā)現(xiàn)所有種類的數(shù)據(jù)包都在丟失，大多數(shù)情況下，每種數(shù)據(jù)包的丟失比例都非常接近。四層千兆接入交換機(jī)隨機(jī)地丟失所有種類的數(shù)據(jù)包，我們的擁塞測試也分別進(jìn)行了64字節(jié)、512字節(jié)和1518字節(jié)的測試，結(jié)果并沒有因?yàn)闇y試幀長度的變化而發(fā)生改變（刊登的結(jié)果為64字節(jié)結(jié)果）。而在開啟了QoS功能之后幀丟失測試的結(jié)果有了很大的不同。當(dāng)負(fù)載為30%的時候***優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包（UDP端口號為21）率先開始出現(xiàn)丟失現(xiàn)像，隨著負(fù)載的增加，不同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包先后開始出現(xiàn)幀丟失的情況，而且隨著負(fù)載的不斷加強(qiáng)，數(shù)據(jù)包的幀丟失率也在發(fā)生變化，不同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包的幀丟失比例也有很大的區(qū)別。

從幀丟失的情況看，我們發(fā)現(xiàn)有些時候同一款交換機(jī)在同樣的字節(jié)長度下的測試結(jié)果并不一樣，不同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包有著不同的幀丟失增長曲線和丟失比例。這是因?yàn)橛行┙粨Q機(jī)支持多種的隊(duì)列調(diào)度算法。送測的交換機(jī)支持的隊(duì)列調(diào)度算法有PQ（嚴(yán)格優(yōu)先級）和WRR（加權(quán)輪循）。

三款交換機(jī)都可以支持WRR的隊(duì)列調(diào)度算法，3Com的SuperStack Switch 4400不能夠?qū)RR算法中每個隊(duì)列的權(quán)值進(jìn)行調(diào)整。港灣和華為的交換機(jī)可以進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，在此次測試中我們將從高到低的四個隊(duì)列的權(quán)值設(shè)置為40、30、20、10,即***優(yōu)先級可以丟失60%左右的數(shù)據(jù)包，次高的可以丟失70%、次低的可以丟失80%，***的丟失90%數(shù)據(jù)包。另外，華為的交換機(jī)還支持一個帶***延遲的WRR算法。從測試的曲線我們可以看出在使用WRR算法時，在擁塞的時候高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包也會相應(yīng)的丟棄，而***優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包，哪怕是在最擁塞的情況下（400%），仍有10%的數(shù)據(jù)包可以被轉(zhuǎn)發(fā)。我們***計(jì)算了一下幀丟失的情況，這三款交換機(jī)可以按照規(guī)定的比例丟失數(shù)據(jù)包。

港灣和華為的交換機(jī)還支持PQ優(yōu)先級。在PQ算法起作用的時候，我們可以發(fā)現(xiàn)***優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包一直保持著發(fā)送，最終沒有出現(xiàn)幀丟失的現(xiàn)象，而低優(yōu)先級隨著負(fù)載的不斷增加最終都被完全丟棄了。這些測試結(jié)果證明從幀丟失的角度，三款四層千兆接入交換機(jī)都很好的實(shí)現(xiàn)了Qos功能。