万兆交换机系列评测——TG-NETS5100 Series

    当前计算机虽然普遍具备千兆的网络接口，但实际的传输速率往往无法达到。即便如此，也已经令企业的千兆网络不堪重负。如何才能令企业网络平滑向万兆过渡，这个问题也一直困扰着企业的网络管理者们。在万兆网络建设中，汇聚层网络接入产品起到了十分重要的作用。在数据中心中的交换汇聚、万兆核心网络接入以及中小企业中的核心交换等多种网络应用之中均有万兆交换机的身影。可以这样说万兆交换机的正确选择关系到万兆网络建设的成败。但是目前万兆网络交换产品的种类众多，何种产品适于什么应用目前也没有一个十分明确的定义。

    TG-NET的S5100 Series（以下简称S5100）是其新近推出的一款中高端的万兆网络产品。其物理尺寸为44.0×4.5×28.5（厘米）（1U），具备24个千兆光电端口，48个千兆光电端口，2个万兆扩展插槽（最大提供4个SFP+万兆以太网端口），以及1以太网管理配置端口。

S5100系列交换机目前推出四款型号：

性能：应用的基础

    评测要基于应用，脱离应用的评测是不具备指导意义的。因此本次评测实验室通过IXIA XM12测试仪表配合IXIA AutoMate测试软件，搭建了三种不同的测试用例对万兆交换机进行了评测。

图1：万兆交换机测试拓扑图

（一）数据中心万兆应用吞吐量

     由于数据中心网络中，万兆交换机主要应用在二层千兆到万兆网络的汇聚方面，因此本项测试主要考查的是交换机的二十个千兆网络接口向两个万兆网络接口汇聚进行二层数据传输的能力。所以设置上统一划分一个VLAN，二十个千兆电口对两个万兆光纤接口进行双向全双工数据传输，以测试交换机在进行万兆时的数据传输吐能力。

    具体测试方法如下：

    在测试仪表上分别设置两组每组10个千兆电口和一个万兆光口互连，端口设置为自协商，依照RFC2544标准对20个千兆电口和两个万兆光口的二层吞吐量进行双向全双工测试。

    本次评测中，依据国家颁布的GB/T 21671-2008《基于以太网技术的局域网系统验收测评规范》（下面简称为“测评规范”）对万兆交换机的吞吐量进行了测评。但由于目前国家颁布的“测评规范”中最高只规定了千兆以太网的吞吐率，对万兆网络的吞吐性能目前还未做出明确规范。但是作为万兆交换产品，其主要网络接口也是由千兆接口构成，万兆接口数目较少。因此在尚无万兆网络接口吞吐量测试规范的前提下本次评测中暂时依据“测评规范”中千兆网络产品吞吐量要求进行评测。在“测评规范”中规定：在数据包最小（64Byte）时的吞吐量不得小于70%，在大数据包（1518Byte）时吞吐量不得小于99%。这个要求在通常网络点对点传输中完全可以满足用户的应用需求，但是在数据中心由其是一些处理高性能运算的数据中心中，这个要求就有些偏低了！因为在数据中心中不但要考虑用户数据的传输，还要考虑分布运算、虚拟化、数据检索、存储备份等一系列网络应用。在数据中心的小包（512Byte以下）数据量要远远超过普通网络的小包数据量。因此在512Byte下85%的吞吐量要求就有些过低了。在这样的吞吐量下有可能会引发服务器响应中断、数据反复重新传输等一系列问题，严重时会导致数据中心全面瘫痪。因此在数据中心应用时，小包数据的吞吐量最好也要有较高要求。S5100产品均提供了最大9216Byte的巨型帧支持能力。而在数据中心在数据库备份、流媒体或大文件传输时，往往会应用到9000Byte以上的超长帧来进行传输，这种超长帧可以有效减低服务器及等多种网络应用处理产品的处理速率，增强网络处理能力。因此超长帧支持能力也是数据中心万兆交换机所必备的能力之一。

（二）中小企业万兆核心应用吞吐量

      中小企业中，通过万兆交换机的级联、堆叠可以有效的组成一个具备万兆传输速率的核心网络，而且在企业发展具有真正的核心交换机后，这些万兆交换机也不会浪费，可以继续使用。因此万兆交换机拓展将是中小企业升级到万兆网络的一条十分有效的“捷径”。

     在中小企业核心，数据将全部由此进行转发，因此存在非常高的数据转发应用需求，而当网络规模足够大，不得不划分VLAN以减小广播所造成的影响时，只有借助三层交换机才能实现VLAN间的线速路由。三层交换机可以将IP地址信息用于网络路径选择，并实现不同网段间数据的线速交换。另外，借助三层交换机还可以设置访问列表，限制VLAN间的访问，保障敏感部门的安全。因此，作为核心交换机，有必要考查其的三层交换能力。所以设置每个端口为一个VLAN，对交换机所有端口设置三层静态路由，交换机所有端口互连，进行双向全双工测试。

    具体测试方法如下：

    在测试仪表上设置24个千兆电口和两个万兆光口分别两两互连，端口设置为自协商，依照RFC2544标准对24个千兆电口和两个万兆光口的二层吞吐量进行双向全双工测试。

    在网络核心应用中，“测评规范”的适用性同样需要再次深究。网络的核心层同样是一个数据高度密集的地区。即便在中小企业中，网络核心的小包流量也会居高不下。尽可能高的小数据包处理速率同样将是网络稳定运行的保障。

（三）万兆核心网络，汇聚接入交换应用吞吐量

     在企业万兆核心网络汇聚接入中，最理想是采用结构简单、转发速率高的二层网络结构来进行数据传输，因此需要对交换机的二层整体数据转发能力进行测试。所以设置上统一划分一个VLAN，交换机所有端口互连，进行双向全双工测试。

     具体测试方法如下：

    在测试仪表上设置24个千兆电口和两个万兆光口分别两两互连，端口设置为自协商，依照RFC2544标准对24个千兆电口和两个万兆光口的三层吞吐量进行双向全双工测试。

图2：网络性能吞吐量测试图表

    通过图2网络性能吞吐量测试图表我们可以了解，S5100在不同网络应用的64Byte ~ 1518Byte这7个RFC2544标准包长的测试中，吞吐量均为100%。网络处理性能不俗。

（四）万兆交换机时延及Mac缓存地址长度

      Mac缓存地址是一个十分重要又十分容易被人忽视的测试。说它重要，是因为在应用中Mac缓存地址不足会引发交换机反复发出ARP请求，严重的话还会引发ARP风暴，产生全网瘫痪。而Mac缓存地址也不是越长越好，过长的Mac地址会增加交换机的寻址时间，加长转发时延时间，同样对网络传输性能产生影响。因此适当的缓存地址是交换机稳定运行的保障。因此本次评测中将万兆交换机的时延及Mac缓存地址长度放在一起进行综合评测。与“测评规范”中规定的70%吞吐量下时延的要求不同。本次评测中，在10%吞吐量和90%吞吐量两种不同负载下，对交换机的时延进行测试。同时还对交换机在三层网络交换时的时延同时进行了比对。

表1：万兆交换机时延及Mac缓存地址长度对比表

    从表1的万兆交换机时延及Mac缓存地址长度对比表中可以看出，S5100最多可以同时允许12936个网络设备与其进行数据交换，具备较强的设备交换控制能力。

    最低时延为二层交换模式，轻载状态下64Byte时的3201纳秒，最高时延为三层交换模式，轻载状态下1518Byte时的14324纳秒。二层交换与三层交换时延结果相差不大，轻载状态与重载状态结果相差也不明显。以上结果表明S5100具有很强而且稳定的数据传输处理能力，显示了出色的数据包处理性能。

功能：应用的保障

    用户在选择交换机的时候，不但要考虑性能，还要考虑其的功能及管理能力。

    本次测试中，将交换机的功能划分为了“端口管理”、“路由协议支持”、“安全功能”、“管理方式”这四大部分。并依据产品技术白皮书及相关技术资料对各款产品的功能进行了整理。（参见表2：万兆交换机功能对比表）

    在数据中心万兆应用中，不但要考虑其的传输性能，还要对服务器、虚拟化、网络存储、连接安全性等多方面去进行考虑。这就需要比较全面的端口管理及路由支持功能，并且对安全功能也会有较高的需求。通过功能对比列表可以看出S5100无论是在端口管理还是路由协议上均有较全面的支持。

    在中小企业万兆核心应用中交换机也有VLAN划分、ARP攻击削减、路由协议支持、流量管理等多种要求。在这方面S5100可以很好的进行满足，而S5100所具备的“集群交换技术”最多可将10个S5100交换机互连在一起，构成单一逻辑设备。并可将不同机型混合部署在集群交换配置中，以提供多种端口类型和密度选项。同时还可以提供跨交换机的链路汇聚能力：跨交换机的链路汇聚功能可以通过集群交换配置，在两个设备之间建立冗余的链路汇聚连接，从而提高可靠性和可用性。

抉择：应用的选择

    TG-NET S5100 Series：不俗的性能、多种安全控制及管理能力。创新的虚拟网络连接能力。因此推荐作为企业万兆交换机应用。

媒体报道：http://net.yesky.com/97/34532097.shtml