交换机测试知识

2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@1第八章网络设备测试：交换机目标：学习交换机的常用指标及测试方法主要内容1交换机的性能指标2交换机性能测试3千兆交换机测试4用于网络测试的仪表2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@21交换机的性能指标-背板带宽1、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。背板带宽资源的利用率与交换机的内部结构息息相关。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@3交换机的性能指标-背板带宽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。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。设计思路：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。当交换机所有端口容量乘以端口数量之和的2倍小于背板带宽时，能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。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@41交换机的性能指标-包转发率2、包转发率：包转发率标志了交换机转发数据包能力的大小。单位一般为pps（包每秒），一般交换机的包转发率在几十Kpps到几百Mpps不等。包转发率以数据包为单位体现了交换机的交换能力。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@51交换机的性能指标-端口数3、端口数：交换机设备的端口数量是交换机最直观的衡量因素。通常此参数是针对固定端口交换机而言，常见的标准的固定端口交换机端口数有8、12、16、24、48等几种。而非标准的端口数主要有：4端口，5端口、10端口、12端口、20端口、22端口和32端口等。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@61交换机的性能指标-转发技术4、转发技术：目前交换机在传送源和目的端口的数据包时通常采用直通式交换存储转发式（主流交换方式）碎片隔离方式2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@7交换机的性能指标-转发技术直通转发技术：（Cut-through）：交换机一旦解读到数据包目的地址，就开始向目的端口发送数据包。通常，交换机在接收到数据包的前6个字节时，就已经知道目的地址，从而可以决定向哪个端口转发这个数据包。优点：转发速率快、减少延时和提高整体吞吐率。缺点：交换机在没有完全接收并检查数据包的正确性之前就已经开始了数据转发。这样，在通讯质量不高的环境下，交换机会转发所有的完整数据包和错误数据包，这实际上是给整个交换网络带来了许多垃圾通讯包，交换机会被误解为发生了广播风暴。总之，直通转发技术适用与网络链路质量较好、错误数据包较少的网络环境。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@8交换机的性能指标-转发技术存储转发技术：（Store-and-Forward）：存储转发技术要求交换机在接收到全部数据包后再决定如何转发。这样一来，交换机可以在转发之前检查数据包完整性和正确性。优点：没有残缺数据包转发，减少了潜在的不必要数据转发。缺点：转发速率比直接转发技术慢。所以，存储转发技术比较适应与普通链路质量的网络环境。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@9交换机的性能指标-转发技术碎片隔离式（FragmentFree）这是介于直通式和存储转发式之间的一种解决方案。它在转发前先检查数据包的长度是否够64个字节（512bit），如果小于64字节，说明是假包（或称残帧），则丢弃该包；如果大于64字节，则发送该包。该方式的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢，但由于能够避免残帧的转发，所以被广泛应用于低档交换机中。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@101交换机的性能指标-交换机时延5、交换机时延（Latency）：是指从交换机接收到数据包到开始向目的端口复制数据包之间的时间间隔。有许多因素会影响延时大小，比如转发技术等等。采用直通转发技术的交换机有固定的延时。因为直通式交换机不管数据包的整体大小，而只根据目的地址来决定转发方向。所以它的延时取决于交换机解读数据包前6个字节中目的地址的解读速率。采用存储转发技术的交换机由于必须要接收完整的数据包才开始转发，所以它的延时与数据包大小有关。数据包大，则延时大；数据包小，则延时小。

2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@111交换机的性能指标-MAC地址表6、MAC地址表：MAC地址表存放于交换机的缓存中，并记住这些地址，这样一来当需要向目的地址发送数据时，交换机就可在MAC地址表中查找这个MAC地址的节点位置，然后直接向这个位置的节点发送。（自学习）MAC地址数量：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越高。Buffer（缓存）容量的大小就决定了相应交换机所能记忆的MAC地址数。通常交换机只要能够记忆1024个MAC地址基本上就可以了。缓存大小：2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@121交换机的性能指标-管理功能7、管理功能：交换机的管理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。通常，交换机厂商都提供管理软件或满足第三方管理软件远程管理交换机。一般的交换机满足SNMPMIBI/MIBII统计管理功能。而复杂一些的交换机会增加通过内置RMON组（mini-RMON）来支持RMON主动监视功能。有的交换机还允许外接RMON探监视可选端口的网络状况。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@131交换机的性能指标-地址学习能力8、地址学习能力：指交换机在不用丢包或丢弃数据帧的情况下，可以学习新的MAC地址的速度，该指标用于网络重启后地址表的建立速度。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@14华为3COMLS-3526E2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@15华为3COMLS-3526E指标产品类型:三层交换机,快速智能三层交换机接口类型:RJ45,1个Console端口(RS232)接口数目:24口模块化插槽数:2个后扩展模块插槽：支持5种类型GE扩展模块、1种堆叠模块、2种百兆光口模块传输速率:10M/100Mbps,1000Mbps传输方式:存储转发2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@16华为3COMLS-3526E详细指标1网络与软件VLAN支持支持VLAN,支持256个802.1Q标准的VLAN，支持4KVLAN透传,支持GVRP,支持VLANtrunk

端口聚合数支持端口聚合,支持6组，每组最大8个100M端口聚合、2个千兆端口聚合支持网络标准IEEE802.3,IEEE802.3u,IEEE802.3z

网管功能支持Telnet远程配置,支持通过Console口配置,支持WEB网管,支持SNMP管理,支持RMON管理,支持集群管理2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@17华为3COMLS-3526E详细指标2性能指标

CPU:PowerPC8240（200MHz）交换容量:12.8Gbps

包转发率(Mpps)≥6.55Mpps(所有端口实现线速路由和转发)

传输速率10M/100Mbps,1000Mbps

传输方式存储转发是否支持全双工支持全双工MAC地址表8K

其他性能支持流量控制(FlowControl),支持端口镜像(PortMirror),支持IGMP侦听(Snooping),支持服务质量(QoS),支持流量分级(CoS),生成树协议支持,广播风暴控制,每端口带宽控制支持2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@18华为3COMLS-3526E详细指标3物理和环境参数

LED指示器不详外形尺寸(mm)

436×245×42mm

重量(Kg)

3Kg

电源电压(V)

100V~240VAC；50/60Hz，波动范围±10％，或-36V~-75VDC

最大功率(W)

35W

工作温度及湿度(℃)

0~45℃;10%~90%,不结露存储温度及湿度(℃)

-40~70℃;10%~90%,不结露认证标准不详2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@19CISCOWS-C45062023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@20CISCOWS-C4506设备类型：智能自适应交换机交换方式：存储-转发背板带宽（Gbps）：100端口数：250模块化插槽数：62023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@21CISCOWS-C4506指标1基本规格设备类型智能自适应交换机交换方式存储-转发背板带宽（Gbps）100包转发率75MppsVLAN支持支持2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@22CISCOWS-C4506指标2网络网络标准IEEE802.3、10BASE-T,IEEE802.3u、100BASE-TX,IEEE802.3、10BASE-FX,IEEE802.3z、IEEE802.3x、IEEE802.3ab,10BASE-X（GBIC）传输速率(Mbps)10/100/1000/10000端口端口类型10/100/1000Base-T,1000Base-FX端口数250模块化插槽数6其它是否支持全双工全双工网管功能SNMP管理信息库(MIB)II，SNMPMIB扩展，桥接MIB(RFC1493)堆叠可堆叠2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@23CISCOWS-C4506指标3电气规格额定电压（V）220额定功率（W）2800外观参数重量(Kg)18.37长度(mm)440宽度(mm)317高度(mm)440环境参数工作温度（℃）0-40工作湿度10%-96%工作高度（米）4000存储温度（℃）-40-75存储湿度10%-96%存储高度（米）45002023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@242交换机指标的测试方法（一）功能测试（二）性能测试2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@25（一）功能测试--流量控制测试当数据流量超过交换机的最大传输能力时，交换机吞吐量可能下降，由于可能存在多个端口向某一端口发流量的情况，导致背板能力不足引起拥塞，所以交换机应当实现流量控制。流量控制是一种被交换机或阻塞实体用于限制网络访问的机制，流量控制通过对缓存器设置上限、修改发送速率或将发送源关闭一段时间实现。流量控制在测试时配置流量发生器从1、2端口向3端口发送数据，1，2端口流量各占3端口容量65%。观察流量发生器接收状况，通过网络观察仪观察pause帧的收发。在正常情况下网络应不会出现丢包现象，网络实际流量小于设置流量，网络监视器出现pause帧。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@26（一）功能测试--队头拥塞处理测试队头拥塞指由于输入端口试图向某一拥塞端口发送数据帧，导致该输入端口上目的地为不拥塞端口帧的丢失或附加时延。测试时配置流量发生器使1端口向3端口满速率发送，编写一序列从2端口发送，第一个数据帧向端口3发送，其余帧向端口4发送，观察端口4是否有持续数据流。以确定是否发生拥塞。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@27（一）功能测试--网络管理功能测试网管设备测试通过网管设备测试是否能正常连接流量发生器（配置管理）；插拔交换机模块是否有相应的提示（故障管理）；以不正确的用户名和口令登录，测试网管是否拒绝（安全管理）；测试从网管设备是否能开启或禁止某端口。在网管工作站上由SNMP管理者从网管站向被测设备发送被测设备接口组信息的查询命令，以及读取被测设备接口组信息查询的响应内容，查询和配置被测设备Ethernet状态的配置，测试是否能正确获得被测设备接口组对象的查询参数并进行相关配置。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@28（一）功能测试--业务功能测试通过测试仪表连接以太网交换机两个以上端口，发送数据，测试交换机能否正常连接，能否实现交换数据帧功能。测试MAC地址学习能力；配置流量发生器，从端口1向端口2发送数据；此时协议分析仪上应出现广播，再从流量发生器端口2向端口1发送数据，流量发生器端口3向端口1发送数据，如果交换机MAC地址学习能力正常，则此时协议分析仪上无广播，所有发送数据都能正常收到。测试地址过滤能力：从流量发生器端口1向端口2发送测试帧，此时接口2应可以正常接收到数据，然后在交换机上配置地址过滤，过滤所发测试帧。正常情况下接口2将无法收到数据。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@29（一）功能测试--系统恢复时间和设备的故障恢复时间测试测试方法：使交换机掉电后重新启动，通过向交换机持续发送数据，直到能正常接收为止，测试设备重启时间人为制造设备故障，测试设备故障恢复时间。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@30（二）性能测试--吞吐量测试将交换机所有端口与流量发生器相连，配置流量发生器，选择测试吞吐量，测试时间300s左右，正常情况下吞吐量=∑端口吞吐量╳2(全双工)。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@31（二）性能测试--突发长度和突发间隔测试配置流量发生器，选择测试突发长度与突发间隔，验证是否丢包以及突发间隔是否等于最小帧间隔。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@32（二）性能测试--转发速率测试将交换机与流量发生器相连，从一端口以最大负荷，不同帧长度（64，128，256，512，1024，1518byte）发送数据，测试时间10s以上，记录不同长度帧的转发速率，测试对不同的帧长度是否均能以线速转发。流量发生器流量发生器交换机2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@33（二）性能测试--过负荷测试将交换机端口与流量发生器端口相连，同时从两个端口向第三个端口发送数据，验证交换机是否实现过负荷能力。查看流量记录，区分系统是如何实现过负荷（缓存或拥塞控制方式）协议分析仪流量发生器交换机2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@34（二）性能测试--地址缓存能力测试将交换机所有端口与流量发生器相连，配置流量发生器使1端口的n个MAC地址流向另一端口发送，暂停发送一段时间，从端口1向端口2以新的MAC地址发送，停止发送新地址，向端口1重新用n个MAC发送。最后观察协议分析仪，如果出现x个广播，则端口地址缓存能力为

n-x。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@35（二）性能测试--交换机时延与时延抖动测试从流量发生器以端口能力10%发送数据，测试时间为10s，测试交换机轻载时延；从流量发生器以端口能力100%发送数据，测试时间为10s，测试交换机重载时延从流量发生器以端口能力10%发送数据，测试时间为10s，计算交换机轻载时延抖动；从流量发生器以端口能力100%发送数据，测试时间为10s，计算交换机重载时延抖动；2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@363千兆交换机性能测试指标详解来自《网络世界》，2001-12-17第49期IXIA1600测试仪器对涉及交换机性能中的9项主要指标进行了测试依据是RFC2544和RFC2285选择了64字节、512字节和1518字节三种常用的以太网帧长度2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@37千兆交换机性能测试指标详解-续1．吞吐量

作为用户选择和衡量交换机性能最重要的指标之一，吞吐量的高低决定了交换机在没有丢帧的情况下发送和接收帧的最大速率。在测试时，我们在满负载状态下进行。该测试配置为一对一映射。

2．帧丢失率

该测试决定交换机在持续负载状态下应该转发，但由于缺乏资源而无法转发的帧的百分比。帧丢失率可以反映交换机在过载时的性能状况，这对于指示在广播风暴等不正常状态下交换机的运行情况非常有用。

3.Back-to-Back

该测试考量交换机在不丢帧的情况下能够持续转发数据帧的数量。该参数的测试能够反映数据缓冲区的大小。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@38千兆交换机性能测试指标详解-续4.延迟

该项指标能够决定数据包通过交换机的时间。延迟如果是FIFO(First

in

and

First

Out),即指的是被测设备从收到帧的第一位达到输入端口开始到发出帧的第一位达到输出端口结束的时间间隔。最初将发送速率设定为吞吐量测试中获得的速率，在指定间隔内发送帧，一个特定的帧上设置为时间标记帧。标记帧的时间标签在发送和接收时都被记录下来，二者之间的差异就得出延迟时间。

2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@39千兆交换机性能测试指标详解-续5．错误帧过滤

该测试项目决定交换机能否正确过滤某些错误类型的帧，比如过小帧、超大帧、CRC错误帧、Fragment、Alignment错误和Dribble错误，过小帧指的是小于64字节的帧，包括16、24、32、63字节帧，超大帧指的是大于1518字节的帧，包括1519、2000、4000、8000字节帧，Fragment指的是长度小于64字节的帧，CRC错误帧指的是帧校验和错误，Dribble帧指的是在正确的CRC校验帧后有多余字节，交换机对于Dribble帧的处理通常是将其更正后转发到正确的接收端口，Alignment结合了CRC错误和dribble错误，指的是帧长不是整数的错误帧。该测试配置为1对多映射。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@40千兆交换机性能测试指标详解-续6．背压

决定交换机能否支持在阻止将外来数据帧发送到拥塞端口时避免丢包。一些交换机当发送或接收缓冲区开始溢出时通过将阻塞信号发送回源地址实现背压。交换机在全双工时使用IEEE802.3x流控制达到同样目的。该测试通过多个端口向一个端口发送数据检测是否支持背压。如果端口设置为半双工并加上背压，则应该检测到没有帧丢失和碰撞。如果端口设定为全双工并且设置了流控，则应该检测到流控帧。如果未设定背压，则发送的帧总数不等于收到的帧数。

7．线端阻塞（Head

of

Line

Blocking，HOL）

该测试决定拥塞的端口如何影响非拥塞端口的转发速率。我们测试时采用端口A和B向端口C发送数据形成拥塞端口，而A也向端口D发送数据形成非拥塞端口。结果将显示收到的帧数，碰撞帧数和丢帧率。2023/9/30西安电子科技大学ISN国家重点实验室朱畅华chhzhu@41千兆交换机性能测试指标详解-续8．全网状

该测试用来决定交换机在所有自己的端口都接收数据时所能处理的总帧数。交换机的每个端口在以特定速度在接收来自其他端口数据的同时，还以均匀分布的、循环方式向所有其他端口发送帧。我们在测试千兆骨干交换机时采用全网状方法获得更为苛刻的测试环境。

9．部分网状

该测试在更严格的环