交换机的背板带宽

　　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越高。
　　一般来讲，计算方法如下:
1）线速的背板带宽
    技术论坛考察交换机上所有端口能提供的总带宽。计算公式为端口数*相应端口速率*2（全双工模式）如果总带宽≤标称背板带宽，那么在背板带宽上是线速的。
2）第二层包转发线速
    第二层包转发率=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，如果这个速率能≤标称二层包转发速率，那么交换机在做第二层交换的时候可以做到线速。
3）第三层包转发线速
    技术论坛第三层包转发率=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，如果这个速率能≤标称三层包转发速率，那么交换机在做第三层交换的时候可以做到线速。　
　　那么，1.488Mpps是怎么得到的呢?
    包转发线速的衡量标准是以单位时间内发送64byte的数据包（最小包）的个数作为计算基准的。对于千兆以太网来说，计算方法如下：1，000，000，000bps/8bit/（64＋8＋12）byte=1,488,095pps 说明：当以太网帧为64byte时，需考虑8byte的帧头和12byte的帧间隙的固定开销。故一个线速的千兆以太网端口在转发64byte包时的包转发率为1.488Mpps。快速以太网的线速端口包转发率正好为千兆以太网的十分之一，为148.8kpps。
*对于万兆以太网，一个线速端口的包转发率为14.88Mpps；
*对于千兆以太网，一个线速端口的包转发率为1.488Mpps；
*对于快速以太网，一个线速端口的包转发率为0.1488Mpps；
*对于OC－12的POS端口，一个线速端口的包转发率为1.17Mpps；
*对于OC－48的POS端口，一个线速端口的包转发率为468MppS；
所以说，如果能满足上面三个条件，那么我们就说这款交换机真正做到了线性无阻塞。
　　背板带宽资源的利用率与交换机的内部结构息息相关。目前交换机的内部结构主要有以下几种：
    一是共享内存结构，这种结构依赖中心交换引擎来提供全端口的高性能连接，由核心引擎检查每个输入包以决定路由。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，中央内存的价格会很高，因而交换机内核成为性能实现的瓶颈；
    二是交叉总线结构，它可在端口间建立直接的点对点连接，这对于单点传输性能很好，但不适合多点传输；
    三是混合交叉总线结构，这是一种混合交叉总线实现方式，它的设计思路是，将一体的交叉总线矩阵划分成小的交叉矩阵，中间通过一条高性能的总线连接。其优点是减少了交叉总线数，降低了成本，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。
    但是，我们如何去考察一个交换机的背板带宽是否够用呢？一般来讲，我们应该从两个方面来考虑：
     1）所有端口容量乘以端口数量之和的2倍应该小于背板带宽，这样可实现全双工无阻塞交换，证明交换机具有发挥最大数据交换性能的条件。
    2）满配置吞吐量（Mpps）＝满配置端口数×1.488Mpps，其中1个千兆端口在包长为64字节时的理论吞吐量为1.488Mpps。例如，一台最多可以提供64个千兆端口的交换机，其满配置吞吐量应达到64×1.488Mpps=95.2Mpps，才能够确保在所有端口均线速工作时，提供无阻塞的包交换。如果一台交换机最多能够提供176个千兆端口，而宣称的吞吐量不到261.8Mpps（176×1.488Mpps＝261.8Mpps），那么用户有理由认为该交换机采用的是有阻塞的结构设计。 一般是两者都满足的交换机才是合格的交换机。

    背板带宽资源的利用率与交换机的内部结构息息相关。目前交换机的内部结构主要有以下几种：一是共享内存结构，这种结构依赖中心交换引擎来提供全端口的高性能连接，由核心引擎检查每个输入包以决定路由。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，中央内存的价格会很高，因而交换机内核成为性能实现的瓶颈；二是交叉总线结构，它可在端口间建立直接的点对点连接，这对于单点传输性能很好，但不适合多点传输；三是混合交叉总线结构，这是一种混合交叉总线实现方式，它的设计思路是，将一体的交叉总线矩阵划分成小的交叉矩阵，中间通过一条高性能的总线连接。其优点是减少了交叉总线数，降低了成本，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。

 

    “目前，背板都采用无源设计。背板总线技术主要有三种：LVDS、LVTDL、GLT等。对于如2.5Gbit/s和2.5Gbit/s以下中低速系统，由于系统容量不是非常大，系统的瓶颈不在背板总线，所以对背板总线速率没有严格要求，一般采用LVTDL或GLT技术，背板总线为77Mbit/s或38Mbit/s，如此已经完全满足系统的要求。倘若采用LVDS（低压差分信号）技术使背板总线速率提高到622Mbit/s，除了方便背板布线外对系统几乎没有优化作用。对于高速通信系统，如10Gbit/s或其以上设备，由于系统速率和交叉容量非常高，对背板总线的速率和布线提出了更高的要求，所以一般采用LVDS技术。目前业界的背板速率一般为622Mbit/s或者777Mbit/s。”