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18图详解网络设备选型( 三 )

网络设备


产品性能会根据 IP 数据内容的不同而发生变化，对比 TCP，使用 UDP 这种头部简单的报文进行测试时，能够得到更好的吞吐率数值 。
交换机性能二层交换机和三层交换机的数据帧转发是通过 ASIC 完成，因此产品目录里的交换容量和交换能力，可以人为是这个设备的实际性能指标 。
交换容量交换容量，又叫做背板容量，是交换机内部数据传输的带宽容量 。当流量高于交换机容量时，交换机就会由于缓存不足或内部带宽不够而无法处理，导致数据帧丢失、丢包率上升等现象 。
交换能力除了 bit/s 表示交换机的容量外，pps（包每秒）也能用来表示交换机的交换能力，即单位时间内能够处理的数据帧数目 。
交换机通过查看数据帧头部，先确认目的 mac 地址，并校验数据帧尾部是否异常，最后查看访问控制列表是否有匹配项，如果有匹配项，就对数据帧进行过滤或转发处理 。随着数据帧数目增加，交换机处理的数量也随之增大，路由器也是这样 。所以，处理流量的 bit/s 相同，数据帧越小，处理的工作量越大，系统负载也随之变大 。
以太网数据帧最小是 64 字节，加上前导码和 SFD（帧头定界符）的 8 字节，数据帧之间的 IFG（数据帧间隔）12 字节，一共 84 字节，也就是说，交换机在转发一个数据帧时，需要处理 672 bit 的数据 。
理论的最大线路速度，也叫做线速 。对于 1000Mbit/s 的以太网而言，线速是 1000000000 bit/s ÷ 672 bit = 1488000 pps ，也就是 1.488 Mbit/s。万兆以太网的线速是 14880000 pps（ 14.88 Mbit/s ） 。
交换机是由多个接口组成 。如果一台交换机有 24 个 10/100/1000BASE-T 的接口，那么就有 24 × 1.488Mbit/s = 35.712Mpps 的交换能力 。如果交换容量小于这个值，就会发生阻塞，导致所有的接口无法达到理论的最大线速 。
实际上，在交换机上传输的大多是 TCP 或 UDP 的应用程序数据 。在 UDP 中，对实时性要求高的报文，一般长度在 100 ~ 300 字节之间才能进行通信 。而在 TCP 中，有窗口尺寸等带宽控制，实际的速率往往达不到理论线速水平 。
MAC 表容量二层交换机使用 MAC 表管理 MAC 地址，三层交换机还会使用三层表来管理 IP 地址 。如果表项超出了容纳的数量，那么设备就无法正常转发处理，造成丢包的结果 。在对设备性能进行测试时，要对报文的地址数量进行限制，限制在 MAC 表支持的范围内 。
广播风暴广播风暴（ broadcast storm ）是多个交换机连接成回环，数据帧不停的来回转发的现象 。这种现象会造成网络带宽、交换机资源的过度消耗，最终导致整个网络的瘫痪 。使用生成树功能，可以避免这个问题 。生成树通过 NDP 端口的关闭来解决网络的回环问题 。另外，遇到 DoS 攻击、操作系统出现 bug 或 NIC 出现故障导致生成树无法正常工作时，同样也会产生广播风暴 。

18图详解网络设备选型

文章插图
 
这时，可以使用交换机的广播风暴控制（ storm-control ）功能来避免这个现象 。广播风暴控制功能的原理是在端口监控数据帧，如果数据帧的数量超过了预定的上限值，就会把超过上限值的部分丢弃 。数据帧上限值使用 pps 为单位，能够分别对单播、多播、广播进行定义和配置 。
如果没有回环状态，广播帧只会转发到广播域内的所有终端 。相反，如果网络存在回环，广播帧会永远在回环内循环转发，导致数据帧数量越来越多，最终整个网络的带宽被广播帧消耗殆尽 。
路由器性能路由器性能是用单位时间内的转发能力来表示，也可以使用吞吐率（ throughput ）表示 。单位 bit/s（比特每秒）来表示吞吐率，也会使用 pps（报文每秒）来表示吞吐率 。
pps 性能相同的路由器，转发的报文越大，路由器的 bit/s 值就越高 。比如，处理能力是 100 pps 的路由器，处理 64 字节（ 512 bit）报文时，速率是 51.2 kbit/s，但在处理 1500 字节（ 12000 bit）的报文时，速率达到 1.2 Mbit/s。
防火墙性能同时在线会话数防火墙使用会话表管理会话，以会话为单位进行流量的控制 。会话表记录的表项数目，表明了防火墙能处理的同时在线会话数量 。
小型的桌面防火墙一般能够支持几万个会话，电信运营商使用的防火墙能够同时管理数百万个会话 。
会话生存时间通过安全策略的 UDP 报文或 TCP 报文到达防火墙时，防火墙会生成对应的会话信息 。如果在一定时间内，这个会话没有流量的话，就把会话删除，这个时间段叫做会话生存时间 。


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