交換機測試知識

第八章網絡設備測試：交換機目標：學習交換機的常用指標及測試方法主要內容1交換機的性能指標2交換機性能測試3千兆交換機測試4用于網絡測試的儀表1/15/20231西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@1交換機的性能指標-背板帶寬1、背板帶寬：是交換機接口處理器或接口卡和數據總線間所能吞吐的最大數據量。背板帶寬標志了交換機總的數據交換能力，單位為Gbps，也叫交換帶寬，一般的交換機的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺交換機的背板帶寬越高，所能處理數據的能力就越強，但同時設計成本也會越高。背板帶寬資源的利用率與交換機的內部結構息息相關。1/15/20232西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@交換機的性能指標-背板帶寬目前交換機的內部結構主要有以下幾種：一是共享內存結構。這種結構依賴中心交換引擎來提供全端口的高性能連接，由核心引擎檢查每個輸入包以決定路由。這種方法需要很大的內存帶寬、很高的管理費用，尤其是隨著交換機端口的增加，中央內存的價格會很高，因而交換機內核成為性能實現的瓶頸；二是交叉總線結構?？稍诙丝陂g建立直接的點對點連接，這對于單點傳輸性能很好，但不適合多點傳輸；三是混合交叉總線結構。設計思路：將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過一條高性能的總線連接。其優(yōu)點是減少了交叉總線數，降低了成本，減少了總線爭用；但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。當交換機所有端口容量乘以端口數量之和的2倍小于背板帶寬時，能實現全雙工無阻塞交換，證明交換機具有發(fā)揮最大數據交換性能的條件。1/15/20233西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@1交換機的性能指標-包轉發(fā)率2、包轉發(fā)率：包轉發(fā)率標志了交換機轉發(fā)數據包能力的大小。單位一般為pps（包每秒），一般交換機的包轉發(fā)率在幾十Kpps到幾百Mpps不等。包轉發(fā)率以數據包為單位體現了交換機的交換能力。1/15/20234西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@1交換機的性能指標-端口數3、端口數：交換機設備的端口數量是交換機最直觀的衡量因素。通常此參數是針對固定端口交換機而言，常見的標準的固定端口交換機端口數有8、12、16、24、48等幾種。而非標準的端口數主要有：4端口，5端口、10端口、12端口、20端口、22端口和32端口等。1/15/20235西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@1交換機的性能指標-轉發(fā)技術4、轉發(fā)技術：目前交換機在傳送源和目的端口的數據包時通常采用直通式交換存儲轉發(fā)式（主流交換方式）碎片隔離方式1/15/20236西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@交換機的性能指標-轉發(fā)技術直通轉發(fā)技術：（Cut-through）：交換機一旦解讀到數據包目的地址，就開始向目的端口發(fā)送數據包。通常，交換機在接收到數據包的前6個字節(jié)時，就已經知道目的地址，從而可以決定向哪個端口轉發(fā)這個數據包。優(yōu)點：轉發(fā)速率快、減少延時和提高整體吞吐率。缺點：交換機在沒有完全接收并檢查數據包的正確性之前就已經開始了數據轉發(fā)。這樣，在通訊質量不高的環(huán)境下，交換機會轉發(fā)所有的完整數據包和錯誤數據包，這實際上是給整個交換網絡帶來了許多垃圾通訊包，交換機會被誤解為發(fā)生了廣播風暴。總之，直通轉發(fā)技術適用與網絡鏈路質量較好、錯誤數據包較少的網絡環(huán)境。1/15/20237西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@交換機的性能指標-轉發(fā)技術存儲轉發(fā)技術：（Store-and-Forward）：存儲轉發(fā)技術要求交換機在接收到全部數據包后再決定如何轉發(fā)。這樣一來，交換機可以在轉發(fā)之前檢查數據包完整性和正確性。優(yōu)點：沒有殘缺數據包轉發(fā)，減少了潛在的不必要數據轉發(fā)。缺點：轉發(fā)速率比直接轉發(fā)技術慢。所以，存儲轉發(fā)技術比較適應與普通鏈路質量的網絡環(huán)境。1/15/20238西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@交換機的性能指標-轉發(fā)技術碎片隔離式（FragmentFree）這是介于直通式和存儲轉發(fā)式之間的一種解決方案。它在轉發(fā)前先檢查數據包的長度是否夠64個字節(jié)（512bit），如果小于64字節(jié)，說明是假包（或稱殘幀），則丟棄該包；如果大于64字節(jié)，則發(fā)送該包。該方式的數據處理速度比存儲轉發(fā)方式快，但比直通式慢，但由于能夠避免殘幀的轉發(fā)，所以被廣泛應用于低檔交換機中。1/15/20239西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@1交換機的性能指標-交換機時延5、交換機時延（Latency）：是指從交換機接收到數據包到開始向目的端口復制數據包之間的時間間隔。有許多因素會影響延時大小，比如轉發(fā)技術等等。采用直通轉發(fā)技術的交換機有固定的延時。因為直通式交換機不管數據包的整體大小，而只根據目的地址來決定轉發(fā)方向。所以它的延時取決于交換機解讀數據包前6個字節(jié)中目的地址的解讀速率。采用存儲轉發(fā)技術的交換機由于必須要接收完整的數據包才開始轉發(fā)，所以它的延時與數據包大小有關。數據包大，則延時大；數據包小，則延時小。

1/15/202310西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@1交換機的性能指標-MAC地址表6、MAC地址表：MAC地址表存放于交換機的緩存中，并記住這些地址，這樣一來當需要向目的地址發(fā)送數據時，交換機就可在MAC地址表中查找這個MAC地址的節(jié)點位置，然后直接向這個位置的節(jié)點發(fā)送。（自學習）MAC地址數量：指交換機的MAC地址表中可以最多存儲的MAC地址數量，存儲的MAC地址數量越多，那么數據轉發(fā)的速度和效率也就越高。Buffer（緩存）容量的大小就決定了相應交換機所能記憶的MAC地址數。通常交換機只要能夠記憶1024個MAC地址基本上就可以了。緩存大小：1/15/202311西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@1交換機的性能指標-管理功能7、管理功能：交換機的管理功能是指交換機如何控制用戶訪問交換機，以及用戶對交換機的可視程度如何。通常，交換機廠商都提供管理軟件或滿足第三方管理軟件遠程管理交換機。一般的交換機滿足SNMPMIBI/MIBII統(tǒng)計管理功能。而復雜一些的交換機會增加通過內置RMON組（mini-RMON）來支持RMON主動監(jiān)視功能。有的交換機還允許外接RMON探監(jiān)視可選端口的網絡狀況。1/15/202312西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@1交換機的性能指標-地址學習能力8、地址學習能力：指交換機在不用丟包或丟棄數據幀的情況下，可以學習新的MAC地址的速度，該指標用于網絡重啟后地址表的建立速度。1/15/202313西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@華為3COMLS-3526E1/15/202314西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@華為3COMLS-3526E指標產品類型:三層交換機,快速智能三層交換機接口類型:RJ45,1個Console端口(RS232)接口數目:24口模塊化插槽數:2個后擴展模塊插槽：支持5種類型GE擴展模塊、1種堆疊模塊、2種百兆光口模塊傳輸速率:10M/100Mbps,1000Mbps傳輸方式:存儲轉發(fā)1/15/202315西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@華為3COMLS-3526E詳細指標1網絡與軟件VLAN支持支持VLAN,支持256個802.1Q標準的VLAN，支持4KVLAN透傳,支持GVRP,支持VLANtrunk端口聚合數支持端口聚合,支持6組，每組最大8個100M端口聚合、2個千兆端口聚合支持網絡標準IEEE802.3,IEEE802.3u,IEEE802.3z網管功能支持Telnet遠程配置,支持通過Console口配置,支持WEB網管,支持SNMP管理,支持RMON管理,支持集群管理1/15/202316西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@華為3COMLS-3526E詳細指標2性能指標

CPU:PowerPC8240（200MHz）交換容量:12.8Gbps包轉發(fā)率(Mpps)≥6.55Mpps(所有端口實現線速路由和轉發(fā))傳輸速率10M/100Mbps,1000Mbps傳輸方式存儲轉發(fā)是否支持全雙工支持全雙工MAC地址表8K其他性能支持流量控制(FlowControl),支持端口鏡像(PortMirror),支持IGMP偵聽(Snooping),支持服務質量(QoS),支持流量分級(CoS),生成樹協(xié)議支持,廣播風暴控制,每端口帶寬控制支持1/15/202317西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@華為3COMLS-3526E詳細指標3物理和環(huán)境參數

LED指示器不詳外形尺寸(mm)436×245×42mm重量(Kg)3Kg電源電壓(V)100V~240VAC；50/60Hz，波動范圍±10％，或-36V~-75VDC最大功率(W)35W工作溫度及濕度(℃)0~45℃;10%~90%,不結露存儲溫度及濕度(℃)-40~70℃;10%~90%,不結露認證標準不詳1/15/202318西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@CISCOWS-C45061/15/202319西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@CISCOWS-C4506設備類型：智能自適應交換機交換方式：存儲-轉發(fā)背板帶寬（Gbps）：100端口數：250模塊化插槽數：61/15/202320西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@CISCOWS-C4506指標1基本規(guī)格設備類型智能自適應交換機交換方式存儲-轉發(fā)背板帶寬（Gbps）100包轉發(fā)率75MppsVLAN支持支持1/15/202321西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@CISCOWS-C4506指標2網絡網絡標準IEEE802.3、10BASE-T,IEEE802.3u、100BASE-TX,IEEE802.3、10BASE-FX,IEEE802.3z、IEEE802.3x、IEEE802.3ab,10BASE-X（GBIC）傳輸速率(Mbps)10/100/1000/10000端口端口類型10/100/1000Base-T,1000Base-FX端口數250模塊化插槽數6其它是否支持全雙工全雙工網管功能SNMP管理信息庫(MIB)II，SNMPMIB擴展，橋接MIB(RFC1493)堆疊可堆疊1/15/202322西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@CISCOWS-C4506指標3電氣規(guī)格額定電壓（V）220額定功率（W）2800外觀參數重量(Kg)18.37長度(mm)440寬度(mm)317高度(mm)440環(huán)境參數工作溫度（℃）0-40工作濕度10%-96%工作高度（米）4000存儲溫度（℃）-40-75存儲濕度10%-96%存儲高度（米）45001/15/202323西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@2交換機指標的測試方法（一）功能測試（二）性能測試1/15/202324西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@（一）功能測試--流量控制測試當數據流量超過交換機的最大傳輸能力時，交換機吞吐量可能下降，由于可能存在多個端口向某一端口發(fā)流量的情況，導致背板能力不足引起擁塞，所以交換機應當實現流量控制。流量控制是一種被交換機或阻塞實體用于限制網絡訪問的機制，流量控制通過對緩存器設置上限、修改發(fā)送速率或將發(fā)送源關閉一段時間實現。流量控制在測試時配置流量發(fā)生器從1、2端口向3端口發(fā)送數據，1，2端口流量各占3端口容量65%。觀察流量發(fā)生器接收狀況，通過網絡觀察儀觀察pause幀的收發(fā)。在正常情況下網絡應不會出現丟包現象，網絡實際流量小于設置流量，網絡監(jiān)視器出現pause幀。1/15/202325西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@（一）功能測試--隊頭擁塞處理測試隊頭擁塞指由于輸入端口試圖向某一擁塞端口發(fā)送數據幀，導致該輸入端口上目的地為不擁塞端口幀的丟失或附加時延。測試時配置流量發(fā)生器使1端口向3端口滿速率發(fā)送，編寫一序列從2端口發(fā)送，第一個數據幀向端口3發(fā)送，其余幀向端口4發(fā)送，觀察端口4是否有持續(xù)數據流。以確定是否發(fā)生擁塞。1/15/202326西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@（一）功能測試--網絡管理功能測試網管設備測試通過網管設備測試是否能正常連接流量發(fā)生器（配置管理）；插拔交換機模塊是否有相應的提示（故障管理）；以不正確的用戶名和口令登錄，測試網管是否拒絕（安全管理）；測試從網管設備是否能開啟或禁止某端口。在網管工作站上由SNMP管理者從網管站向被測設備發(fā)送被測設備接口組信息的查詢命令，以及讀取被測設備接口組信息查詢的響應內容，查詢和配置被測設備Ethernet狀態(tài)的配置，測試是否能正確獲得被測設備接口組對象的查詢參數并進行相關配置。1/15/202327西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@（一）功能測試--業(yè)務功能測試通過測試儀表連接以太網交換機兩個以上端口，發(fā)送數據，測試交換機能否正常連接，能否實現交換數據幀功能。測試MAC地址學習能力；配置流量發(fā)生器，從端口1向端口2發(fā)送數據；此時協(xié)議分析儀上應出現廣播，再從流量發(fā)生器端口2向端口1發(fā)送數據，流量發(fā)生器端口3向端口1發(fā)送數據，如果交換機MAC地址學習能力正常，則此時協(xié)議分析儀上無廣播，所有發(fā)送數據都能正常收到。測試地址過濾能力：從流量發(fā)生器端口1向端口2發(fā)送測試幀，此時接口2應可以正常接收到數據，然后在交換機上配置地址過濾，過濾所發(fā)測試幀。正常情況下接口2將無法收到數據。1/15/202328西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@（一）功能測試--系統(tǒng)恢復時間和設備的故障恢復時間測試測試方法：使交換機掉電后重新啟動，通過向交換機持續(xù)發(fā)送數據，直到能正常接收為止，測試設備重啟時間人為制造設備故障，測試設備故障恢復時間。1/15/202329西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@（二）性能測試--吞吐量測試將交換機所有端口與流量發(fā)生器相連，配置流量發(fā)生器，選擇測試吞吐量，測試時間300s左右，正常情況下吞吐量=∑端口吞吐量╳2(全雙工)。1/15/202330西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@（二）性能測試--突發(fā)長度和突發(fā)間隔測試配置流量發(fā)生器，選擇測試突發(fā)長度與突發(fā)間隔，驗證是否丟包以及突發(fā)間隔是否等于最小幀間隔。1/15/202331西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@（二）性能測試--轉發(fā)速率測試將交換機與流量發(fā)生器相連，從一端口以最大負荷，不同幀長度（64，128，256，512，1024，1518byte）發(fā)送數據，測試時間10s以上，記錄不同長度幀的轉發(fā)速率，測試對不同的幀長度是否均能以線速轉發(fā)。流量發(fā)生器流量發(fā)生器交換機1/15/202332西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@（二）性能測試--過負荷測試將交換機端口與流量發(fā)生器端口相連，同時從兩個端口向第三個端口發(fā)送數據，驗證交換機是否實現過負荷能力。查看流量記錄，區(qū)分系統(tǒng)是如何實現過負荷（緩存或擁塞控制方式）協(xié)議分析儀流量發(fā)生器交換機1/15/202333西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@（二）性能測試--地址緩存能力測試將交換機所有端口與流量發(fā)生器相連，配置流量發(fā)生器使1端口的n個MAC地址流向另一端口發(fā)送，暫停發(fā)送一段時間，從端口1向端口2以新的MAC地址發(fā)送，停止發(fā)送新地址，向端口1重新用n個MAC發(fā)送。最后觀察協(xié)議分析儀，如果出現x個廣播，則端口地址緩存能力為

n-x。1/15/202334西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@（二）性能測試--交換機時延與時延抖動測試從流量發(fā)生器以端口能力10%發(fā)送數據，測試時間為10s，測試交換機輕載時延；從流量發(fā)生器以端口能力100%發(fā)送數據，測試時間為10s，測試交換機重載時延從流量發(fā)生器以端口能力10%發(fā)送數據，測試時間為10s，計算交換機輕載時延抖動；從流量發(fā)生器以端口能力100%發(fā)送數據，測試時間為10s，計算交換機重載時延抖動；1/15/202335西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@3千兆交換機性能測試指標詳解來自《網絡世界》，2001-12-17第49期IXIA1600測試儀器對涉及交換機性能中的9項主要指標進行了測試依據是RFC2544和RFC2285選擇了64字節(jié)、512字節(jié)和1518字節(jié)三種常用的以太網幀長度1/15/202336西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@千兆交換機性能測試指標詳解-續(xù)1．吞吐量

作為用戶選擇和衡量交換機性能最重要的指標之一，吞吐量的高低決定了交換機在沒有丟幀的情況下發(fā)送和接收幀的最大速率。在測試時，我們在滿負載狀態(tài)下進行。該測試配置為一對一映射。

2．幀丟失率

該測試決定交換機在持續(xù)負載狀態(tài)下應該轉發(fā)，但由于缺乏資源而無法轉發(fā)的幀的百分比。幀丟失率可以反映交換機在過載時的性能狀況，這對于指示在廣播風暴等不正常狀態(tài)下交換機的運行情況非常有用。

3.Back-to-Back

該測試考量交換機在不丟幀的情況下能夠持續(xù)轉發(fā)數據幀的數量。該參數的測試能夠反映數據緩沖區(qū)的大小。1/15/202337西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@千兆交換機性能測試指標詳解-續(xù)4.延遲

該項指標能夠決定數據包通過交換機的時間。延遲如果是FIFO(First

in

and

First

Out),即指的是被測設備從收到幀的第一位達到輸入端口開始到發(fā)出幀的第一位達到輸出端口結束的時間間隔。最初將發(fā)送速率設定為吞吐量測試中獲得的速率，在指定間隔內發(fā)送幀，一個特定的幀上設置為時間標記幀。標記幀的時間標簽在發(fā)送和接收時都被記錄下來，二者之間的差異就得出延遲時間。

1/15/202338西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@千兆交換機性能測試指標詳解-續(xù)5．錯誤幀過濾

該測試項目決定交換機能否正確過濾某些錯誤類型的幀，比如過小幀、超大幀、CRC錯誤幀、Fragment、Alignment錯誤和Dribble錯誤，過小幀指的是小于64字節(jié)的幀，包括16、24、32、63字節(jié)幀，超大幀指的是大于1518字節(jié)的幀，包括1519、2000、4000、8000字節(jié)幀，Fragment指的是長度小于64字節(jié)的幀，CRC錯誤幀指的是幀校驗和錯誤，Dribble幀指的是在正確的CRC校驗幀后有多余字節(jié)，交換機對于Dribble幀的處理通常是將其更正后轉發(fā)到正確的接收端口，Alignment結合了CRC錯誤和dribble錯誤，指的是幀長不是整數的錯誤幀。該測試配置為1對多映射。1/15/202339西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@千兆交換機性能測試指標詳解-續(xù)6．背壓

決定交換機能否支持在阻止將外來數據幀發(fā)送到擁塞端口時避免丟包。一些交換機當發(fā)送或接收緩沖區(qū)開始溢出時通過將阻塞信號發(fā)送回源地址實現背壓。交換機在全雙工時使用IEEE802.3x流控制達到同樣目的。該測試通過多個端口向一個端口發(fā)送數據檢測是否支持背壓。如果端口設置為半雙工并加上背壓，則應該檢測到沒有幀丟失和碰撞。如果端口設定為全雙工并且設置了流控，則應該檢測到流控幀。如果未設定背壓，則發(fā)送的幀總數不等于收到的幀數。

7．線端阻塞（Head

of

Line

Blocking，HOL）

該測試決定擁塞的端口如何影響非擁塞端口的轉發(fā)速率。我們測試時采用端口A和B向端口C發(fā)送數據形成擁塞端口，而A也向端口D發(fā)送數據形成非擁塞端口。結果將顯示收到的幀數，碰撞幀數和丟幀率。1/15/202340西安電子科技大學ISN國家重點實驗室朱暢華chhzhu@千兆交換機性能測試指標詳解-續(xù)8．全網狀

該測試用來決定交換機在所有自己的端口都接收數據時所能處理的總幀數。