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本帖最后由 whitefiend 于 2017-8-26 09:42 编辑

写在开头:总版大风车已经在其大课堂里,全方位地对360各种智能设备做了详尽教程,这里也就不再重复,所以来说说各家路由一些比较共性的东西,当作大课堂的补充。
友情提示:如果使用中出现什么问题,可以先自行翻看大风车独家秘籍,这样可以节省更多宝贵时间哦~
【大风车大课堂】安全路由版教程 汇总帖

【路由知识小课堂】汇总帖~


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前言:

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一提到接口,大家可能会想到路由、网卡后面的网口,平时也会听到一些十兆、百兆、千兆、万兆等一些并不陌生的词汇。目前,通讯设备中最常见的两种接口速率就是百兆(FastEthernet)千兆(GigabitEthernet)
那么这些接口速度到底代表了什么,我们平时使用时,这些接口传输数据真能够达到传说中的理论值100Mbit、1000Mbit?
一些明眼的小伙伴在使用时可能已经发现,百兆设备跑不满百兆,千兆设备跑不满千兆……WHY?
运营商带宽缩水?还是无良商家硬件缩水坑我?

NO!当然不是 下面进入正题

一、接口速率
接口速率(interface rate)是指完成所有处理之后通过接口的总比特速率标称值。今天这里所说的是指以太网接口速率。
而以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范,是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术,并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802.3系列标准相类似。包括标准以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)、千兆以太网(1000Mbit/s)和万兆以太网(10Gbit/s)等

说到以太网,就又不能不提到传说中的七层模型
  
OSI七层模型
  
层(Layer)
协议数据单元  
(PDU,Protocol Data Unit)




Host Layer
7.应用层  
(Application Layer)



数据(Data)
6.表示层  
(Presentation Layer)
5.会话层  
(Session Layer)
4.传输层  
(Transport Layer)
数据段:TCP报文段
/UDP报文



Media Layer
3.网络层  
(Network Layer)
数据包(Packet)
2.数据链路层  
(Datalink Layer)
数据帧(Frame)
1.物理层  
(Physical Layer)
数据位(Bit)
左侧网络模型普通用户在实际使用时可完全不用关心模型的存在,右侧PDU部分才和用户体验息息相关,其中“Data”部分是用户的实际使用速率,数据在网络传输过程中,首先要封装成数据包,之后在封装成数据帧,同时还有封装在前面传输层开销。接口层的bit属于物理层的一个PDU,所以从bit到byte要加上传输层、网络层、数据链路层的开销。

下面尝试进行计算:
DATA部分:1460
传输层:TCP固定头部为20字节(byte),UDP为8字节
IP层:固定头部20字节
数据链路层:18字节
100Mbit/s接口每秒实际传输速率=1460/(1460+20+20+18)*100Mbit/s≈96.179Mbit/s(按照TCP作为传输层计算)
这个计算已经与实际值十分接近,所以会发现百兆接口设备才实际使用/测速时,一般仅有95兆左右的速率,跑不满百兆理论值;同理,千兆接口设备一样跑不到千兆理论值,所以要想达到所谓理论值传输,需使用高一级的设备/线缆组网。
PS:目前常见的Epon/Gpon光猫采用的最次也是1.25Gbps传输标准(目前多为2.5Gbps),因此各大运营商除了在前端设备扩容升级上花点心思外,用户端侧设备暂不用考虑升级,在容量足够的前提下,即使考虑到光衰等各种损耗,也能保证用户前端千兆速率。

如果再进一步精准计算的话,还要考虑帧间隔(12字节)、前导码(1字节)、帧界定(1字节)等存在,这些长度加起来最少有20字节,具体长度如下:

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1.首先会有96bits的空闲帧(IPG Inter-Packet Gap),该帧的作用是根据以太网的CSMA/CD原理,用来侦听链路是否空闲,如果空闲,就可以发送报文。
2.其次会有7个字节的AA(01010101)用于与接收端同步,因为电平一高一低,很容易同步。
3.再次会有1个字节的AB,作为帧界定使用,表示后面开始真正的以太帧。
4.以太帧净荷(包括MAC层、IP层及高层),范围是64-1518字节,也就是以太帧最小长度64字节,最长1518字节。
PS:以太网中的每个帧之间都要有帧间隔,即每发完一个帧之后要等待一段时间再发另外一个帧,在以太网标准中规定最小是12个字节,然而帧间隙在实际应用中有可能会比12个字节要大,在这里我用了最小值。每个帧都要有20个字节的固定开销。

二、包转发率
包转发率,用来衡量网络设备转发数据能力的标准。
而包转发线速的衡量标准是以单位时间内发送64字节的数据包(以太网传输最小包长,POS口是40字节)的个数作为计算基准的,如果没有统一标准,发送64字节小包或512字节大包时,通过的包数量怎么可能相同。对于千兆以太网来说,完整计算方法如下:1,000,000,000bps/8bit/(64+8+12)byte=1,488,095pps

PS:当以太网帧为64字节时,需考虑8字节的帧头(前导码7字节、帧界定1字节)和12字节的帧间隔的固定开销。故一个线速的千兆以太网端口在转发64字节包时的包转发率为1.488Mpps。百兆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(0.1488Mpps)。

*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4.68Mpps。

三、背板带宽

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这发布上,提到了一个“背板带宽”的“新名词”,这东东又是个什么鬼?
词义:背板带宽,也叫交换带宽,单位为Gbps,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。可以想象一条高速公路,连接了若干城市,城市之间的交通流量都需要从该高速公路上通过。那背板带宽就是高速公路的最大无阻塞交通流量(当然我们要假设高速公路上的车辆都是以恒定的最高速度在行驶)。因此背板带宽标志了交换机总的数据交换能力,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。

背板带宽是衡量网络设备性能的重要参数之一,一般很少出现在家用路由上,
其一是路由与交换机内部明显结构不同,交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵,交换机的所有端口都挂接在这条总线上,所以引入了“背板带宽”这一概念
其二采用外挂接口接交换机芯片这种设计的路由也不是很多(多由主控芯片处理完成,如P4的RTL8197FB,即使不外挂交换机芯片,自身也支持5口百兆的交换能力),有的话基本也是呈现两级分化。某大厂所谓一百多的全千兆路由:百兆级SOC外挂千兆交换机芯片的伪全千兆,大带宽接入场景就现原形了;千元级路由,如华硕旗舰AC88U,其中5-8口采用独立千兆交换机芯片实现共享1Gbps带宽。

一般来讲,计算方法如下:
1.线速的背板带宽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,那么背板带宽就是线速带宽。
例如:P4端口数为5(1WAN/4LAN),相应端口速率为1Gbps,总带宽=5*1Gbps*2=10<14Gbps(标称背板带宽),说明P4可实现全端口全双工无阻塞交换。
PS:RTL8367RB最大支持5+2口全千兆,总带宽=7*1Gbps*2=14Gbps(标称背板带宽),所以宣传页中的14Gbps是这么来的。

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
同第二层包转发线速。
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。


从目前公布的硬件信息发现,P4与磊科mg1200ac(官方售价550)的硬件配置极为相似,从之前mg1200ac的实测表现来看,相信P4会是一款不错的产品。仅259的售价,却集千兆级SOC、千兆WAN/LAN、MU-MIMO、14Gbps背板带宽等于一身,足以完全秒杀目前300以内价位的路由。

共 5 个关于【路由知识小课堂】之八 接口速率的那些事的回复 最后回复于 2017-8-26 15:45

评论

直达楼层

王者崛起 LV7.上尉 发表于 2017-7-30 20:55 | 显示全部楼层 | 私信
啥时候上市才是问题
来自360手机N4(全网通)(360社区3.3.0版)
whitefiend 公测完毕就会正式开卖。200台限量免费公测活动报名页http://bbs.360.cn/thread-15103677-1-1.html 
2017-7-31 08:41回复
vincebear LV4.上士 发表于 2017-8-5 12:09 | 显示全部楼层 | 私信
太专业了的数据解读了,要慢慢仔细阅读。不过259价格全千兆接口,1w4l口绝对是疯抢的节奏。
揪着你的小尾巴 LV4.上士 发表于 2017-8-14 19:59 | 显示全部楼层 | 私信
看这配置确实是很诱人、很诱人、很诱人、很诱人,可惜买P3时不知道已经出P4了 才差几十块。不买P4买P3是脑门被夹了
rdongc LV1.上等兵 发表于 2017-8-19 14:37 | 显示全部楼层 | 私信
涨姿势了,我要看看P4,要淘汰一下老的设备了
婊氱儷鐨刜 LV8.少校 发表于 2017-8-19 16:43 | 显示全部楼层 | 私信
最后一行红字有错别字~

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