3.3 交换机的性能与选型

1.交换机的主要性能指标

目前，交换机的功能越来越多，在组建计算机网络系统时，怎样选配符合网络实际需求而又适度超前的交换机，需要对交换机的性能有一个比较详细的了解。由于不同厂商、不同品牌的交换机的功能不完全相同，下面介绍一些主要的性能参数。

（1）物理特性

交换机的物理特性是指交换机所采用的微处理器芯片类型、内存的大小、MAC地址表的大小、端口配置、模块化插槽数、扩展能力以及外观特性，反映了交换机的基本情况。

① 处理器芯片。交换机实际上也是一台计算机，因此也有CPU。交换机所采用的CPU芯片主要有4种：通用CPU、ASIC芯片、FPGA芯片和NP。其中，ASIC芯片是专门针对100Mbps以上交换机设计的，可实现极高的数据处理能力和多种常用网络功能。NP是网络处理器，内部由若干个微码处理器和若干硬件协处理器组成。NP保留了ASIC的高性能特性，同时NP通过众多并行运转的微码处理器和微码编程进行复杂的多业务扩展。目前，核心交换机大多采用NP+ASIC的体系设计方式。

② 交换机内存，用作存储配置，作为数据缓冲、暂时存储等待转发的数据等。内存容量较大，可以保证在并发访问量、组播和广播流量较大时，达到最大的吞吐量，均衡网络负载并防止数据包丢失。

③ MAC地址表，即MAC地址表的大小，是指交换机的MAC地址表中可以最多存储的MAC地址数量，存储的MAC地址数量越多，那么数据转发的速度和效率也就就越高。

④ 端口配置，指交换机包含的端口数目、支持的端口类型和工作模式（半双工和全双工）。端口配置情况决定了单台交换机支持的最大连接站点数和连接方式。

⑤ 模块化插槽数，是指模块化交换机所能安插的最大模块数。模块化交换机的端口数量就取决于模块的数量和插槽的数量，插槽越多，用户扩充的余地就越大。

⑥ 扩展能力，是指一台交换机所支持的扩展功能模块、端口或其他功能等。

⑦ 外观特性，是指交换机的外观类型、大小尺寸和电气规格等。

（2）功能特性

① 交换方式。交换机的交换方式有直接交换、存储转发和碎片隔离三种。存储转发是交换机应提供的最基本的工作方式，又分为存储转发和快速转发两类，默认情况下，绝大多数交换机都工作在低延迟的快速转发方式。

② VLAN支持。VLAN即虚拟局域网（Virtual Local Area Network）的简称，是在一个物理网络上划分出来的逻辑网络，是一种通过将局域网内的设备逻辑划分而不是物理划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的技术。VLAN支持是指交换机是否支持VLAN功能及划分方式。

③ 三层交换技术。三层交换技术也称为IP交换技术，是相对于传统交换概念而提出的。传统的交换技术是在OSI参考模型中的第二层（数据链路层）进行操作的，而三层交换技术是在第三层实现数据帧的高速转发。

简单地说，三层交换技术就是二层交换技术+三层路由转发技术。

④ 堆叠功能。堆叠是多台交换机之间实现高速互连的一种连接技术。堆叠技术采用了专门的管理模块和堆栈连接电缆，一方面，可以增加用户端口，在交换机之间建立一条较宽的宽带链路；另一方面，可以将多台交换机作为一台大的交换机，进行统一管理。

⑤ 网管功能，是指交换机如何控制用户访问交换机，以及用户对交换机的可视程度如何。对于交换机来说，网管功能是非常重要的，一台具有网管功能的交换机能够让用户轻松掌握网络的动态，在出现故障时排除故障。通常，采用第三方管理软件远程管理交换机。

（3）网络特性

① 支持的网络标准和协议。局域网所遵循的网络标准是IEEE802.x，所遵循的网络协议一般有IPv6、OSPF v1/v2、OSPF v3、RIP v1/v2、PIM（DM/SM/SSM）、DVMRP、VRRP、IGMP v1/v2/v3等。不同厂商、不同档次的交换机遵循的网络标准和协议是不一样的。

② 背板带宽，是指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，是交换机在无阻塞情况下的最大交换能力，其单位为Gbps。由于所有端口间的通信都要通过背板完成，所以背板能够提供的带宽就成为端口间并发通信时的瓶颈。带宽越大，能够给各通信端口提供的可用带宽越大，数据交换速度越快；带宽越小，则能够给各通信端口提供的可用带宽越小，数据交换速度也就越慢。因此，背板带宽越大，交换机的数据传输速率越快。

③ 包转发率，是指交换机每秒可以转发多少百万个数据包（Million Packet Per Second，Mpps），即交换机能同时转发的数据包的数量，又称为转发速率。包转发率以数据包为单位体现了交换机的交换能力。

④ 数据传输速率，指交换机端口的数据交换速率，常见的有10Mbps、100Mbps、1000Mbps、10 Gbps等。10/100Mbps自适应交换机适合工作组级别使用，100Mbps或1000Mbps交换机一般应用在部门级以上的应用或骨干级别的应用当中。10 Gbps的交换机主要用在电信等骨干网络上。

⑤ 延时。交换机延时（Latency）是指从交换机接收到数据帧到开始向目的端口复制数据帧之间的时间间隔。采用直通转发技术的交换机有固定的延时，采用存储转发技术的交换机的延时与数据帧大小有关，数据帧大，延时大；数据帧小，延时小。

⑥ 吞吐量，是反映交换机性能的最重要的指标之一。根据RFC1242，吞吐量定义为交换机在不丢失任何一个帧的情况下的最大转发速率。

2.交换机的选购

目前国内外有许多交换机厂商，如Cisco、华为、锐捷、HP、H3C、3COM、XINGNET、神州数码、D-LINK、TCL等。对于目前可网管高速交换机产品而言，功能及协议支持方面都已比较接近，各厂商都在根据各自产品的特点、渠道及行销手段来获取市场。Cisco、华为都是传统的电信行业的产品供应商；D-LINK和TCL以其低端产品线，极低的价格来占有市场；而锐捷则将精力投入在了教育行业。众多的品牌和系列产品给用户的选购带来了一定困难。用户在选购交换机的时候可以从以下几方面去考虑。

① 交换机类型的选择。根据自己的需求来选择交换机的类型，是10Mbps还是100Mbps，还是1000Mbps交换机甚至万兆位交换机？是选择二层交换机还是三层交换机，甚至更高层的交换机？交换机是否具有管理功能？是机箱式还是机架式交换机？等等。不要盲目追求高档次，价格可能会有很大的差别。这要求用户对自己的网络需求相当熟悉才能做出判断。在购买机箱式交换机的时候，需要分别购买机箱、管理模块、应用模块以及电源模块，这一点与普通的交换机不同。

② 确定交换机的主要性能参数。应该根据网络的信息量和信息点等因素，确定所选交换机的主要性能参数；在确定端口配置时，既要考虑数量有适当冗余，又要考虑光纤接入端口，以便于网络的扩充和升级。

③ 外形尺寸的选择。进行布线的时，应该注意产品的外形尺寸应该适合，不要买来的设备因为尺寸的问题影响了网络的布线。

④ 尽量采用同一品牌的交换机，这样做有助于网络的管理和产品的维护。