H3C S12518核心交換機(jī)評(píng)測(cè)手記
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的規(guī)模在也在成倍的增長(zhǎng)。伴隨應(yīng)用業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)充，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模變得越來越大、組網(wǎng)的設(shè)備越來越復(fù)雜，如何評(píng)測(cè)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)性能是否支持新業(yè)務(wù)擴(kuò)充？如何評(píng)測(cè)新增網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能？
諸如此類的問題都是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者、業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商較為關(guān)注的問題。與此同時(shí)，10G的萬兆網(wǎng)絡(luò)雖然在企業(yè)還沒普及，但100G的核心已經(jīng)在電信和一些行業(yè)級(jí)用戶中蠢蠢欲動(dòng)了?？墒瞧渲械年P(guān)鍵設(shè)備——核心交換機(jī)是否可以滿足處理應(yīng)用的需求呢？目前有很多交換機(jī)廠商都在宣傳自己的模塊化核心交換機(jī)有多高的帶寬，背板具有成百上千個(gè)“G”的處理能力。
可實(shí)際上呢？目前模塊化交換機(jī)機(jī)框的背板上已經(jīng)沒有了轉(zhuǎn)發(fā)、路由的控制能力，只是起到接口板和控制板之間的簡(jiǎn)單物理連接作用。物理層的連接自然可以提供很高的網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸能力，可是無法實(shí)現(xiàn)鏈路層及網(wǎng)絡(luò)層的控制和轉(zhuǎn)發(fā)。
因此要想對(duì)核心交換機(jī)的真實(shí)轉(zhuǎn)發(fā)處理能力進(jìn)行測(cè)試，必須在插滿全部板卡的基礎(chǔ)上對(duì)交換機(jī)的滿框配置進(jìn)行性能測(cè)試。這也是對(duì)交換機(jī)廠商的測(cè)試能力的一個(gè)高端挑戰(zhàn)！即便是目前世界上最大規(guī)模的交換機(jī)廠商要想時(shí)常組織如此大規(guī)模的測(cè)試也是一件難以完成的事情。
此次有幸見證了在思博倫通訊測(cè)試儀表廠商協(xié)助下，H3C舉行的一次H3C S12518（以下簡(jiǎn)稱S12518）和H3C S9512E（以下簡(jiǎn)稱S9512E）核心交換機(jī)評(píng)測(cè)活動(dòng)。在此次評(píng)測(cè)中共使用了6臺(tái)TestCenter SPT-9000A測(cè)試儀表，64塊2×10GE網(wǎng)絡(luò)測(cè)試板卡和256個(gè)10GE光模塊。測(cè)試場(chǎng)景圖參見圖1、圖2。
圖1：H3C S12518核心交換機(jī)測(cè)試場(chǎng)景實(shí)拍圖
圖2：H3C S9512E核心交換機(jī)測(cè)試場(chǎng)景實(shí)拍圖
S12518核心交換機(jī)目前最高可以支持128個(gè)線速萬兆接口，因此測(cè)試中采用了6臺(tái)TestCenter SPT-9000A測(cè)試儀表，64塊2×10GE網(wǎng)絡(luò)測(cè)試板卡。S9512E核心交換機(jī)目前最高可以支持48個(gè)萬兆線速接口，測(cè)試中采用了3臺(tái)TestCenter SPT-9000A測(cè)試儀表，24塊2×10GE網(wǎng)絡(luò)測(cè)試板卡。
轉(zhuǎn)發(fā)性能的完美體現(xiàn)
1、二、三層轉(zhuǎn)發(fā)性能
在轉(zhuǎn)發(fā)性能測(cè)試中，分別對(duì)S12518和S9512E的二層數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)、三層IPv4數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)和三層IPv6數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)性能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試時(shí)除采用RFC 2544規(guī)定的64Byte、128Byte、256Byte、512Byte、1024Byte、1280Byte及1518Byte七種標(biāo)準(zhǔn)包長(zhǎng)外，還采用了有利于數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)備份及流媒體視頻傳輸?shù)拈L(zhǎng)字節(jié)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)9216Byte來共同進(jìn)行測(cè)試。而且考慮到核心交換機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的特點(diǎn)，每個(gè)端口并不是個(gè)固定對(duì)某一個(gè)端口進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，而是可以和交換機(jī)上所有端口進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。因此測(cè)試時(shí)不是采用“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的模式進(jìn)行設(shè)置，而是采用了更加嚴(yán)格的“全網(wǎng)狀”測(cè)試模式，被測(cè)試的每個(gè)端口均會(huì)與其它所有端口進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸。這也將更進(jìn)一步的加重交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)處理負(fù)擔(dān)。
即便是在“滿端口”“全網(wǎng)狀”這種極端負(fù)載狀態(tài)下，H3C的測(cè)試工程師同樣表現(xiàn)出了對(duì)自己產(chǎn)品的強(qiáng)大自信，在TestCenter的控制端上設(shè)置了120秒線速轉(zhuǎn)發(fā)下，丟包率的測(cè)試項(xiàng)，來測(cè)試在“滿端口”“全網(wǎng)狀”下S12518和S9512E的線速轉(zhuǎn)發(fā)性能。
實(shí)際的測(cè)試成績(jī)也為H3C交上了一份滿意的答卷：觀察測(cè)試儀器生成的測(cè)試報(bào)告，S12518和S9512E測(cè)試結(jié)果均為不丟包。為了使大家有一個(gè)更加感性的認(rèn)識(shí)，記者依據(jù)詳細(xì)測(cè)試結(jié)果整理了一個(gè)S12518和S9512E轉(zhuǎn)發(fā)性能測(cè)試圖表（參見圖3）以供大家參考。
圖3：S12518和S9512E轉(zhuǎn)發(fā)性能測(cè)試圖表
由測(cè)試結(jié)果可以得知，S12518在二層、三層IPv4滿端口全線速時(shí)，其128個(gè)萬兆光纖接口的最大轉(zhuǎn)發(fā)速率（64Byte下）為1904761904fps（1904761904pps），在IPv6測(cè)試中數(shù)據(jù)包的最小長(zhǎng)度為78Byte，轉(zhuǎn)發(fā)速率為1632653061pps，同樣沒有丟包現(xiàn)象發(fā)生。而這一成績(jī)也是目前已知的核心交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)性能的最高成績(jī)。
2、組播復(fù)制性能
在組播復(fù)制性能測(cè)試時(shí)設(shè)置在IPv4和IPv6下，S12518由1個(gè)萬兆端口向其余127個(gè)萬兆端口發(fā)送組播數(shù)據(jù)，S9512E由1個(gè)萬兆端口向其余47個(gè)萬兆端口發(fā)送組播數(shù)據(jù)。測(cè)試在128Byte、256Byte、512Byte、1024Byte、1280Byte、1518Byte及9216Byte數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度下，S12518和S9512E的組播復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)性能，測(cè)試同樣在丟包率的測(cè)試項(xiàng)下進(jìn)行。
測(cè)試結(jié)果顯示S12518和S9512E組播的線速轉(zhuǎn)發(fā)丟包率依然為“0”，S12518的組播流量可以在其127個(gè)萬兆端口中成功復(fù)制，轉(zhuǎn)發(fā)速率最高可以達(dá)到8446057.51pps，S9512E的組播流量可以在其47個(gè)萬兆端口中成功復(fù)制，轉(zhuǎn)發(fā)速率同樣最高可以達(dá)到8446057.51pps。組播性能同樣優(yōu)秀。
3、MPLS轉(zhuǎn)發(fā)性能
MPLS能夠很容易地實(shí)現(xiàn)IP與ATM、幀中繼等二層網(wǎng)絡(luò)的無縫融合，并為服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality of Service）、流量工程（TE，Traffic Engineering）、虛擬專用網(wǎng)（VPN，Virtual Private Network）等應(yīng)用提供更好的解決方案，因此在電信等網(wǎng)絡(luò)中被廣泛采用。本次H3C也對(duì)S12518的128個(gè)萬兆端口和S9512E的48個(gè)萬兆端口MPLS轉(zhuǎn)發(fā)性能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試時(shí)，設(shè)備上配置OSPF路由、MPLS 和 LDP，每個(gè)接口都使能MPLS、LDP功能。每個(gè)儀器端口創(chuàng)建1個(gè)路由器，每個(gè)路由器發(fā)布10條路由，創(chuàng)建與對(duì)應(yīng)的LDP。在各LDP間建立fullmesh測(cè)試流量，還是選擇丟包率的測(cè)試項(xiàng)，進(jìn)行120秒的線速轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)試。
測(cè)試結(jié)果中S12518和S9512E的線速轉(zhuǎn)發(fā)丟包率還是0，轉(zhuǎn)發(fā)速率結(jié)果可以參見圖3測(cè)試成績(jī)。MPLS轉(zhuǎn)發(fā)性能依然優(yōu)秀。
先進(jìn)的分布式緩存、處理機(jī)制
據(jù)H3C工程師介紹，S12518之所以具備如此高的滿框轉(zhuǎn)發(fā)性能，和其最新采用的精確調(diào)度處理機(jī)制是分不開的。這種最新技術(shù)不但極大的提高的交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)處理能力，還可以有效的增強(qiáng)交換機(jī)的數(shù)據(jù)緩存功能。S12500每個(gè)10GE端口均提供256MB大緩存，可以實(shí)現(xiàn)200ms以上的緩存時(shí)間，可以平滑吸收數(shù)據(jù)中心等網(wǎng)路突發(fā)流量。S12500通過采用精確調(diào)度和分布式緩存，有效利用分布在各線卡上的緩存，能吸收更多的突發(fā)業(yè)務(wù)流量，增強(qiáng)數(shù)據(jù)中心持續(xù)業(yè)務(wù)能力。
由測(cè)試結(jié)果可以了解：在實(shí)際測(cè)試中，S12500的最大緩存時(shí)間可以達(dá)到309.38ms。這項(xiàng)測(cè)試的意義在于：隨著Internet技術(shù)的興起，數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)模型逐步轉(zhuǎn)變?yōu)锽/S（Browser/Server）模型。而B/S應(yīng)用模型，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提出更高的性能要求，成千上百臺(tái)服務(wù)器同時(shí)響應(yīng)相關(guān)的運(yùn)算指令，這種網(wǎng)絡(luò)模型決定了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的必須要有很強(qiáng)的緩存能力。而S12500系列數(shù)據(jù)中心級(jí)核心交換機(jī)設(shè)計(jì)之初就考慮到了數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)模型的需求，一方面為每萬兆端口設(shè)計(jì)256MB的緩存空間，另外采用分布式緩存機(jī)制，在多端口對(duì)一端口高速突發(fā)流量情況下更能夠充分利用端口的緩存空間。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化的真實(shí)應(yīng)用
目前“虛擬化”雖然被熱炒，但在實(shí)際應(yīng)用中還沒有很成功的實(shí)例。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化呢？它所帶來的也是一座美麗的“空中樓閣”嗎？H3C的S12518和S9512E為我們帶來了一個(gè)完全不同的答案。那就是它們具備的“IRF2”——“智能彈性技術(shù)”功能。
IRF2功能簡(jiǎn)單的說，是把多臺(tái)物理設(shè)備互相連接起來，使其成為一臺(tái)統(tǒng)一的邏輯設(shè)備。這樣無論在管理還是在使用上就成為了一個(gè)整體。也就是說，用戶可以將這多臺(tái)設(shè)備看成一臺(tái)單一設(shè)備進(jìn)行管理和使用。這樣一來，IRF可以為用戶帶來以下好處：
簡(jiǎn)化管理：IRF架構(gòu)形成之后，可以連接到任何一臺(tái)設(shè)備的任何一個(gè)端口就以登錄統(tǒng)一的邏輯設(shè)備，通過對(duì)單臺(tái)設(shè)備的配置達(dá)到管理整個(gè)智能彈性系統(tǒng)以及系統(tǒng)內(nèi)所有成員設(shè)備的效果，而不用物理連接到每臺(tái)成員設(shè)備上分別對(duì)它們進(jìn)行配置和管理。
簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)：IRF形成的邏輯設(shè)備中運(yùn)行的各種控制協(xié)議也是作為單一設(shè)備統(tǒng)一運(yùn)行的，例如路由協(xié)議會(huì)作為單一設(shè)備統(tǒng)一計(jì)算，而隨著跨設(shè)備鏈路聚合技術(shù)的應(yīng)用，可以替代原有的生成樹協(xié)議，這樣就可以省去了設(shè)備間大量協(xié)議報(bào)文的交互，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，縮短了網(wǎng)絡(luò)動(dòng)蕩時(shí)的收斂時(shí)間。
彈性擴(kuò)展：可以按照用戶需求實(shí)現(xiàn)彈性擴(kuò)展，保證用戶投資。并且新增的設(shè)備加入或離開IRF架構(gòu)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)“熱插拔”，不影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。
高可靠性：IRF的高可靠性體現(xiàn)在鏈路，設(shè)備和協(xié)議三個(gè)方面。成員設(shè)備之間物理端口支持聚合功能，IRF系統(tǒng)和上、下層設(shè)備之間的物理連接也支持聚合功能，這樣通過多鏈路備份提高了鏈路的可靠性；IRF系統(tǒng)由多臺(tái)成員設(shè)備組成，Master設(shè)備負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運(yùn)行、管理和維護(hù)，Slave設(shè)備在作為備份的同時(shí)也可以處理業(yè)務(wù)，一旦Master設(shè)備故障，系統(tǒng)會(huì)迅速自動(dòng)選舉新的Master，以保證通過系統(tǒng)的業(yè)務(wù)不中斷，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備級(jí)的1:N備份；IRF系統(tǒng)有實(shí)時(shí)的協(xié)議熱備份功能，負(fù)責(zé)將協(xié)議的配置信息備份到其他所有成員設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)1:N的協(xié)議可靠性。
高性能 對(duì)于高端交換機(jī)來說，性能和端口密度的提升會(huì)受到硬件結(jié)構(gòu)的限制。而IRF系統(tǒng)的性能和端口密度是IRF內(nèi)部所有設(shè)備性能和端口數(shù)量的總和。因此，IRF技術(shù)能夠輕易的將設(shè)備的核心交換能力、用戶端口的密度擴(kuò)大數(shù)倍，從而大幅度提高了設(shè)備的性能。
多業(yè)務(wù)：IRF支持包括IPv4、IPv6、MPLS、安全特性、OAA插卡、高可用性等全部交換機(jī)特性，并且能夠高效穩(wěn)定地運(yùn)行這些功能，大大擴(kuò)展了IRF設(shè)備的應(yīng)用范圍。
上面介紹了那么多“IRF”功能的好處，那它的實(shí)際性能呢？H3C測(cè)試工程師通過“鏈路故障快速切換”測(cè)試為我們對(duì)S12518和S9512E的IRF2功能進(jìn)行了實(shí)際的驗(yàn)證。
測(cè)試中，為S12518開啟IRF2功能后，將兩臺(tái)S12518配置在同一個(gè)IRF組中。這時(shí)可以發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)設(shè)備被虛擬成一臺(tái)設(shè)備，端口容量擴(kuò)大一倍，通過一個(gè)管理接口、界面進(jìn)行管理，整個(gè)IRF系統(tǒng)只有一塊主用主控板，其他主控板為備用。
然后在IRF上配置兩臺(tái)設(shè)備的跨框聚合，并發(fā)流量進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：報(bào)文可以通過IRF實(shí)現(xiàn)三層轉(zhuǎn)發(fā)。流量在聚合鏈路上負(fù)荷分擔(dān)，沒有被阻塞的端口。
再模擬其中一條鏈路中斷，并記錄流量中斷丟包時(shí)長(zhǎng)。以前未采用IRF技術(shù)時(shí)此項(xiàng)工作通常由路由收斂功能完成，丟包時(shí)間往往達(dá)到十幾秒乃至數(shù)十秒以上對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定傳輸能力具有很大的影響，而現(xiàn)在采用了IRF技術(shù)后，丟包時(shí)間極大的縮短，實(shí)際測(cè)試結(jié)果均小于10毫秒。具體測(cè)試數(shù)據(jù)表明：S12518的鏈路中斷丟包時(shí)間最長(zhǎng)為0.97毫秒，最短為0.88毫秒。在鏈路恢復(fù)丟包時(shí)間更短，最長(zhǎng)為0.24毫秒，最短為0.23毫秒。這樣的結(jié)果，即便是在進(jìn)行對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求較高的視頻流量傳輸時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生出過大的影響。
S9512E也支持同樣的IRF2功能。測(cè)試中S9512E的鏈路中斷丟包時(shí)間為0.94毫秒。在鏈路恢復(fù)丟包時(shí)間最長(zhǎng)為0.23毫秒，最短為0.17毫秒。
真實(shí)能力，責(zé)任精神
在本次H3C S12518&9512E核心交換機(jī)評(píng)測(cè)過程中，記者見到的不僅是核心交換機(jī)在滿框全負(fù)載下的真實(shí)測(cè)試成績(jī)，更感受到了H3C研發(fā)測(cè)試工程師那種負(fù)責(zé)任的精神。在與測(cè)試工程師交談中可以了解，在交換機(jī)處理性能及可靠性的每一次提升中都浸透著工程師們辛勤研發(fā)的汗水。雖然整個(gè)測(cè)試是在短短的三天內(nèi)就非常順利的完成了，可在這背后的是H3C工程師們幾年如一日的辛苦工作。我只想說的是：只有這種認(rèn)真負(fù)責(zé)的精神，才能為我們帶來最高性能的產(chǎn)品！
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