H3C S12518核心交換機評測手記
隨著網絡技術的發展，網絡應用的規模在也在成倍的增長。伴隨應用業務的不斷擴充，網絡的規模變得越來越大、組網的設備越來越復雜，如何評測現有網絡性能是否支持新業務擴充？如何評測新增網絡設備的性能？
諸如此類的問題都是網絡建設者、業務運營商較為關注的問題。與此同時，10G的萬兆網絡雖然在企業還沒普及，但100G的核心已經在電信和一些行業級用戶中蠢蠢欲動了。可是其中的關鍵設備——核心交換機是否可以滿足處理應用的需求呢？目前有很多交換機廠商都在宣傳自己的模塊化核心交換機有多高的帶寬，背板具有成百上千個“G”的處理能力。
可實際上呢？目前模塊化交換機機框的背板上已經沒有了轉發、路由的控制能力，只是起到接口板和控制板之間的簡單物理連接作用。物理層的連接自然可以提供很高的網絡帶寬和傳輸能力，可是無法實現鏈路層及網絡層的控制和轉發。
因此要想對核心交換機的真實轉發處理能力進行測試，必須在插滿全部板卡的基礎上對交換機的滿框配置進行性能測試。這也是對交換機廠商的測試能力的一個高端挑戰！即便是目前世界上最大規模的交換機廠商要想時常組織如此大規模的測試也是一件難以完成的事情。
此次有幸見證了在思博倫通訊測試儀表廠商協助下，H3C舉行的一次H3C S12518（以下簡稱S12518）和H3C S9512E（以下簡稱S9512E）核心交換機評測活動。在此次評測中共使用了6臺TestCenter SPT-9000A測試儀表，64塊2×10GE網絡測試板卡和256個10GE光模塊。測試場景圖參見圖1、圖2。
圖1：H3C S12518核心交換機測試場景實拍圖
圖2：H3C S9512E核心交換機測試場景實拍圖
S12518核心交換機目前最高可以支持128個線速萬兆接口，因此測試中采用了6臺TestCenter SPT-9000A測試儀表，64塊2×10GE網絡測試板卡。S9512E核心交換機目前最高可以支持48個萬兆線速接口，測試中采用了3臺TestCenter SPT-9000A測試儀表，24塊2×10GE網絡測試板卡。
轉發性能的完美體現
1、二、三層轉發性能
在轉發性能測試中，分別對S12518和S9512E的二層數據幀轉發、三層IPv4數據包轉發和三層IPv6數據包轉發性能進行了測試。測試時除采用RFC 2544規定的64Byte、128Byte、256Byte、512Byte、1024Byte、1280Byte及1518Byte七種標準包長外，還采用了有利于數據中心數據備份及流媒體視頻傳輸的長字節數據包長9216Byte來共同進行測試。而且考慮到核心交換機在實際應用中的特點，每個端口并不是個固定對某一個端口進行數據轉發，而是可以和交換機上所有端口進行數據轉發。因此測試時不是采用“點對點”的模式進行設置，而是采用了更加嚴格的“全網狀”測試模式，被測試的每個端口均會與其它所有端口進行數據轉輸。這也將更進一步的加重交換機的轉發處理負擔。
即便是在“滿端口”“全網狀”這種極端負載狀態下，H3C的測試工程師同樣表現出了對自己產品的強大自信，在TestCenter的控制端上設置了120秒線速轉發下，丟包率的測試項，來測試在“滿端口”“全網狀”下S12518和S9512E的線速轉發性能。
實際的測試成績也為H3C交上了一份滿意的答卷：觀察測試儀器生成的測試報告，S12518和S9512E測試結果均為不丟包。為了使大家有一個更加感性的認識，記者依據詳細測試結果整理了一個S12518和S9512E轉發性能測試圖表（參見圖3）以供大家參考。
圖3：S12518和S9512E轉發性能測試圖表
由測試結果可以得知，S12518在二層、三層IPv4滿端口全線速時，其128個萬兆光纖接口的最大轉發速率（64Byte下）為1904761904fps（1904761904pps），在IPv6測試中數據包的最小長度為78Byte，轉發速率為1632653061pps，同樣沒有丟包現象發生。而這一成績也是目前已知的核心交換機轉發性能的最高成績。
2、組播復制性能
在組播復制性能測試時設置在IPv4和IPv6下，S12518由1個萬兆端口向其余127個萬兆端口發送組播數據，S9512E由1個萬兆端口向其余47個萬兆端口發送組播數據。測試在128Byte、256Byte、512Byte、1024Byte、1280Byte、1518Byte及9216Byte數據包長度下，S12518和S9512E的組播復制轉發性能，測試同樣在丟包率的測試項下進行。
測試結果顯示S12518和S9512E組播的線速轉發丟包率依然為“0”，S12518的組播流量可以在其127個萬兆端口中成功復制，轉發速率最高可以達到8446057.51pps，S9512E的組播流量可以在其47個萬兆端口中成功復制，轉發速率同樣最高可以達到8446057.51pps。組播性能同樣優秀。
3、MPLS轉發性能
MPLS能夠很容易地實現IP與ATM、幀中繼等二層網絡的無縫融合，并為服務質量（QoS，Quality of Service）、流量工程（TE，Traffic Engineering）、虛擬專用網（VPN，Virtual Private Network）等應用提供更好的解決方案，因此在電信等網絡中被廣泛采用。本次H3C也對S12518的128個萬兆端口和S9512E的48個萬兆端口MPLS轉發性能進行了測試。測試時，設備上配置OSPF路由、MPLS 和 LDP，每個接口都使能MPLS、LDP功能。每個儀器端口創建1個路由器，每個路由器發布10條路由，創建與對應的LDP。在各LDP間建立fullmesh測試流量，還是選擇丟包率的測試項，進行120秒的線速轉發測試。
測試結果中S12518和S9512E的線速轉發丟包率還是0，轉發速率結果可以參見圖3測試成績。MPLS轉發性能依然優秀。
先進的分布式緩存、處理機制
據H3C工程師介紹，S12518之所以具備如此高的滿框轉發性能，和其最新采用的精確調度處理機制是分不開的。這種最新技術不但極大的提高的交換機的轉發處理能力，還可以有效的增強交換機的數據緩存功能。S12500每個10GE端口均提供256MB大緩存，可以實現200ms以上的緩存時間，可以平滑吸收數據中心等網路突發流量。S12500通過采用精確調度和分布式緩存，有效利用分布在各線卡上的緩存，能吸收更多的突發業務流量，增強數據中心持續業務能力。
由測試結果可以了解：在實際測試中，S12500的最大緩存時間可以達到309.38ms。這項測試的意義在于：隨著Internet技術的興起，數據中心的網絡模型逐步轉變為B/S（Browser/Server）模型。而B/S應用模型，對網絡設備提出更高的性能要求，成千上百臺服務器同時響應相關的運算指令，這種網絡模型決定了網絡設備的必須要有很強的緩存能力。而S12500系列數據中心級核心交換機設計之初就考慮到了數據中心業務模型的需求，一方面為每萬兆端口設計256MB的緩存空間，另外采用分布式緩存機制，在多端口對一端口高速突發流量情況下更能夠充分利用端口的緩存空間。
網絡設備虛擬化的真實應用
目前“虛擬化”雖然被熱炒，但在實際應用中還沒有很成功的實例。網絡設備虛擬化呢？它所帶來的也是一座美麗的“空中樓閣”嗎？H3C的S12518和S9512E為我們帶來了一個完全不同的答案。那就是它們具備的“IRF2”——“智能彈性技術”功能。
IRF2功能簡單的說，是把多臺物理設備互相連接起來，使其成為一臺統一的邏輯設備。這樣無論在管理還是在使用上就成為了一個整體。也就是說，用戶可以將這多臺設備看成一臺單一設備進行管理和使用。這樣一來，IRF可以為用戶帶來以下好處：
簡化管理：IRF架構形成之后，可以連接到任何一臺設備的任何一個端口就以登錄統一的邏輯設備，通過對單臺設備的配置達到管理整個智能彈性系統以及系統內所有成員設備的效果，而不用物理連接到每臺成員設備上分別對它們進行配置和管理。
簡化業務：IRF形成的邏輯設備中運行的各種控制協議也是作為單一設備統一運行的，例如路由協議會作為單一設備統一計算，而隨著跨設備鏈路聚合技術的應用，可以替代原有的生成樹協議，這樣就可以省去了設備間大量協議報文的交互，簡化了網絡運行，縮短了網絡動蕩時的收斂時間。
彈性擴展：可以按照用戶需求實現彈性擴展，保證用戶投資。并且新增的設備加入或離開IRF架構時可以實現“熱插拔”，不影響其他設備的正常運行。
高可靠性：IRF的高可靠性體現在鏈路，設備和協議三個方面。成員設備之間物理端口支持聚合功能，IRF系統和上、下層設備之間的物理連接也支持聚合功能，這樣通過多鏈路備份提高了鏈路的可靠性；IRF系統由多臺成員設備組成，Master設備負責系統的運行、管理和維護，Slave設備在作為備份的同時也可以處理業務，一旦Master設備故障，系統會迅速自動選舉新的Master，以保證通過系統的業務不中斷，從而實現了設備級的1:N備份；IRF系統有實時的協議熱備份功能，負責將協議的配置信息備份到其他所有成員設備，從而實現1:N的協議可靠性。
高性能 對于高端交換機來說，性能和端口密度的提升會受到硬件結構的限制。而IRF系統的性能和端口密度是IRF內部所有設備性能和端口數量的總和。因此，IRF技術能夠輕易的將設備的核心交換能力、用戶端口的密度擴大數倍，從而大幅度提高了設備的性能。
多業務：IRF支持包括IPv4、IPv6、MPLS、安全特性、OAA插卡、高可用性等全部交換機特性，并且能夠高效穩定地運行這些功能，大大擴展了IRF設備的應用范圍。
上面介紹了那么多“IRF”功能的好處，那它的實際性能呢？H3C測試工程師通過“鏈路故障快速切換”測試為我們對S12518和S9512E的IRF2功能進行了實際的驗證。
測試中，為S12518開啟IRF2功能后，將兩臺S12518配置在同一個IRF組中。這時可以發現兩臺設備被虛擬成一臺設備，端口容量擴大一倍，通過一個管理接口、界面進行管理，整個IRF系統只有一塊主用主控板，其他主控板為備用。
然后在IRF上配置兩臺設備的跨框聚合，并發流量進行驗證，結果表明：報文可以通過IRF實現三層轉發。流量在聚合鏈路上負荷分擔，沒有被阻塞的端口。
再模擬其中一條鏈路中斷，并記錄流量中斷丟包時長。以前未采用IRF技術時此項工作通常由路由收斂功能完成，丟包時間往往達到十幾秒乃至數十秒以上對網絡的穩定傳輸能力具有很大的影響，而現在采用了IRF技術后，丟包時間極大的縮短，實際測試結果均小于10毫秒。具體測試數據表明：S12518的鏈路中斷丟包時間最長為0.97毫秒，最短為0.88毫秒。在鏈路恢復丟包時間更短，最長為0.24毫秒，最短為0.23毫秒。這樣的結果，即便是在進行對網絡要求較高的視頻流量傳輸時，也不會產生出過大的影響。
S9512E也支持同樣的IRF2功能。測試中S9512E的鏈路中斷丟包時間為0.94毫秒。在鏈路恢復丟包時間最長為0.23毫秒，最短為0.17毫秒。
真實能力，責任精神
在本次H3C S12518&9512E核心交換機評測過程中，記者見到的不僅是核心交換機在滿框全負載下的真實測試成績，更感受到了H3C研發測試工程師那種負責任的精神。在與測試工程師交談中可以了解，在交換機處理性能及可靠性的每一次提升中都浸透著工程師們辛勤研發的汗水。雖然整個測試是在短短的三天內就非常順利的完成了，可在這背后的是H3C工程師們幾年如一日的辛苦工作。我只想說的是：只有這種認真負責的精神，才能為我們帶來最高性能的產品！
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