四層千兆接入交換機還是比較常用的，于是我研究了一下四層千兆接入交換機性能的綜合講解，在這里拿出來和大家分享一下，希望對大家有用。不論是在傳統的PSTN時代、ATM時代，還是今天的寬帶IP時代，在網絡邊緣提供多種的業務和智能的服務，而在網絡核心提供簡潔的、高性能的、高可靠性的大容量交換是電信業諳熟的道理。從大型網絡設計的角度看，這種做法無疑具備其合理性。

在企業網領域，不論是系統集成商還是用戶們也有類似考慮，比如說在網絡的骨干僅提供高速、高可靠性、大容量的第三層交換，而僅僅在網絡的接入層、分布層劃分VLAN。但是在多業務和智能的考慮卻略有不同。一方面是因為最早的以太網僅僅是滿足最基本的計算機聯網工作，多業務、QoS等名詞非常罕見。當人們認識到QoS、安全的重要性時，僅僅有一些高端的核心機箱式骨干交換機具備了識別應用、提供QoS和豐富的訪問控制的功能。可謂巧婦難為無米之炊！

2001年到2002年，我們看到業內主流的網絡廠商分別推出了接入層或者分布層的智能以太網交換機，為廣大網絡建設者、設計者在網絡邊緣提供分布式智能服務的產品。《網絡世界》編輯部在2002年5月份，在業內率先推出題為《四層交換到桌面》的網絡產品購買指南，對這一趨勢進行了報道。

時隔半年多，在3Com公司、北京港灣網絡技術有限公司、華為技術有限公司的幫助下，《網絡世界》評測實驗室組織了四層千兆接入交換機的測試，希望您能隨我們感受四層千兆接入交換機帶來的智能網絡邊緣—那種善解人意的全新體驗！四層千兆接入交換機是市場上的新銳，類似產品不多，不少面市不久，對于三家公司對我們測試給予的支持深表感謝！另外，國內外對四層接入交換機的橫向評測并不多，以何標準衡量其優劣，沒有統一的認識。此次測試沒有評出《網絡世界》評測實驗室編輯選擇獎。

什么是智能的邊緣？

此次參加測試的三款交換機分別是3Com公司的SuperStack 3 Switch4400交換機，華為公司的Quidway S3026E交換機，港灣公司的FlexHammer 5010E。這三款交換機都是24個百兆口加2個千兆上聯端口的交換機。其中3Com公司的SuperStack 3 Switch4400交換機、華為公司的Quidway S3026E交換機為2/4層交換機，主要工作在網絡的接入層。港灣公司的FlexHammer 5010E交換機為2/3/4層交換機，可以工作在網絡的匯聚層，或者是網絡的接入層。總體上講，這三款交換機都服務于網絡的邊緣。智能化的網絡應該能夠根據現今網絡上承載的不同應用提供相應的QoS保障，實現一定的網絡安全功能，提供完善的網絡管理。

以太網和IP技術本身已經提供了QoS的一些功能，比如我們熟知的IEEE802.1P、ToS、DSCP幾個協議。很多的網絡交換機和路由器也支持對數據包上相關的信息識別提供QoS的功能。但是，僅僅這些還不夠。首先，網絡終端（比如網卡）和應用程序中支持IEEE802.1P和DSCP協議的產品并不普遍。如果網絡設備要真正能夠對傳輸的數據提供QoS服務，就需要對數據包上更多的信息進行識別，比如IP協議的類型、對以太網協議類型、IP地址進行識別。另外今天主流的應用系統軟件都使用TCP/IP協議族完成通信，不同的應用與不同的TCP、UDP端口號相對應，比如我們都非常熟悉的幾種應用，WWW瀏覽對應的是TCP/UDP端口號的80，SNMP網絡管理對應的是TCP/UDP的16，而FTP是對應的TCP/UDP端口號的21。網絡設備通過對數據包上這些豐富信息的識別，就能夠按照不同的應用提供不同的QoS服務和安全控制。

完成對不同應用的數據包加以區分和識別之后，需要交換機能夠對這些數據包提供不同的QoS服務。比如在交換機的一些端口發生擁塞的情況下，確保高優先級的數據包能夠盡可能不被丟棄、盡快地轉發出去。當然，四層千兆接入交換機也可以按照需要禁止一些通信。對四層信息識別可以作更豐富的安全，基于應用的安全，比如防止一些下載的應用。

同時，對于一個大型的網絡來說，需要全網實現端到端的QoS策略。工作在邊緣的智能交換機在對不同應用的數據包進行識別之后，可以根據QoS策略，為這些數據包打上相應的標記，而其他的網絡設備比如核心的網絡交換機、連接廣域網的路由器則只需通過對這些標記進行識別就能夠知道那些高優先級的數據包，并提供相應的QoS服務。還有一些交換機能夠根據不同的應用限制他們的通信速率，確保或限制一些應用對網絡帶寬的占用。有些交換機還能夠在管理的過程中對流經交換機的不同數據流進行監控和統計。

體驗什么？

這次測試的***個部分是驗證這些四層接入交換機是否真正能實現網絡邊緣的智能。第二部分的測試是希望了解這些四層接入交換機的智能是否會影響性能。比較交換機而言，路由器很早就實現了上述的“智能”，很多路由器都能支持訪問列表，可以對數據包的IP地址、IP協議類型、TCP/UDP的端口信息進行識別，并進行相應的處理。但是，很多情況下實際使用這些功能的人并不多，通常的路由器是利用通用CPU和軟件實現數據包尋徑和轉發的，QoS和ACL功能會影響到路由器的性能。（詳細的測試方法見23版）

豐富的智能

經過我們的測試，三款交換機都能夠提供豐富的智能，特別是可以依據數據包中四層的端口號（UDP和TCP端口號）根據不同的應用提供不同的服務。（這三款交換機的功能可見功能列表）為了驗證交換機在QoS的能力，我們用四個百兆端口向一個百兆端口發送數據包，不斷的增加負載造成接收端口的擁塞，來驗證交換機的QoS功能。我們分別在交換機開啟QoS功能前和開啟QoS功能之后進行了測試，測試在擁塞情況下數據包的丟失情況和延遲情況（結果見21版）。如果交換機開啟了QoS功能，UDP端口號為21的數據是***優先級的，UDP端口號為24的為次低優先級的數據包，UDP端口號為26的數據包為次高優先級，UDP端口號為28的數據包是***優先級。圖片中橫坐標的百分數代表著每一個端口的負載。在幀丟失率的測試中縱軸代表著丟失數據包的比例，在延遲測試中縱坐標代表著數據包的平均延遲，單位是微秒（msec）。

在橫坐標為25%的時候，交換機每一個發送端口的負載都達到了25%，而接收端口達到了100%線速，而當橫坐標超過30%以后，在接收端口則出現擁塞，隨之開始出現丟包現象，幀丟失率測試圖中的紅色的曲線開始抬升。當每個輸入端口的負載達到100%時測試停止，將有4倍于100Mbps的數據包發送到接收端口，造成極大的擁塞，一般這時候幀丟失測試紅色的曲線將停留在75%的刻度值，表示丟棄了75%的數據包。

所有參測交換機在沒有開啟QoS功能時候的幀流失率測試結果與3Com圖片類似（更多的結果、圖片請見網站），我們可以發現所有種類的數據包都在丟失，大多數情況下，每種數據包的丟失比例都非常接近。四層千兆接入交換機隨機地丟失所有種類的數據包，我們的擁塞測試也分別進行了64字節、512字節和1518字節的測試，結果并沒有因為測試幀長度的變化而發生改變（刊登的結果為64字節結果）。而在開啟了QoS功能之后幀丟失測試的結果有了很大的不同。當負載為30%的時候***優先級的數據包（UDP端口號為21）率先開始出現丟失現像，隨著負載的增加，不同優先級的數據包先后開始出現幀丟失的情況，而且隨著負載的不斷加強，數據包的幀丟失率也在發生變化，不同優先級的數據包的幀丟失比例也有很大的區別。

從幀丟失的情況看，我們發現有些時候同一款交換機在同樣的字節長度下的測試結果并不一樣，不同優先級的數據包有著不同的幀丟失增長曲線和丟失比例。這是因為有些交換機支持多種的隊列調度算法。送測的交換機支持的隊列調度算法有PQ（嚴格優先級）和WRR（加權輪循）。

三款交換機都可以支持WRR的隊列調度算法，3Com的SuperStack Switch 4400不能夠對WRR算法中每個隊列的權值進行調整。港灣和華為的交換機可以進行相應的設置，在此次測試中我們將從高到低的四個隊列的權值設置為40、30、20、10,即***優先級可以丟失60%左右的數據包，次高的可以丟失70%、次低的可以丟失80%，***的丟失90%數據包。另外，華為的交換機還支持一個帶***延遲的WRR算法。從測試的曲線我們可以看出在使用WRR算法時，在擁塞的時候高優先級的數據包也會相應的丟棄，而***優先級的數據包，哪怕是在最擁塞的情況下（400%），仍有10%的數據包可以被轉發。我們***計算了一下幀丟失的情況，這三款交換機可以按照規定的比例丟失數據包。

港灣和華為的交換機還支持PQ優先級。在PQ算法起作用的時候，我們可以發現***優先級的數據包一直保持著發送，最終沒有出現幀丟失的現象，而低優先級隨著負載的不斷增加最終都被完全丟棄了。這些測試結果證明從幀丟失的角度，三款四層千兆接入交換機都很好的實現了Qos功能。