流量收敛比/交换容量/包转发率/背板带宽/网络利用率/网络带宽利用率

数据报文的流量收敛，是指数据报文在网络转发过程中由于架构、设备等非故障原因而不能实现线速无丢包转发。在流量收敛时，网络设备会有部分端口拥塞，进而丢弃部分报文。为了能够描述不同的收敛程度，我们通常用一个系统所有南向（下行）接口的总带宽比上这个系统所有北向（上行）接口总带宽的数值来表示，我们也将这个数值称为这个系统的收敛比。

总的来说，流量收敛的原因分为两类：

交换机不支持线速转发，在交换机内部可能形成流量收敛；

网络架构设计的原因，无论交换机是否线速，转发报文时也会存在流量收敛。（网络流量实在太大了，超过交换机性能阈值）

流量收敛比计算

举个例子，假设有10台服务器，每台服务器通过10GE的接口连接到一个接入交换机，那我们一共就有100G（10×10G=100G）的南向带宽。假设这台交换机还有2个40GE的接口可以用于接入到更高一层的汇聚交换机（级联端口），那我们一共就有80G（2×40G=80G）的北向带宽。此时，我们得到的收敛比则是1.25：1（100G÷80G=1.25）

交换容量计算

就是所有接口进行数据转发的最大性能，单位是 Gbps 。某型号交换机交换容量有 2.16Tbps ，交换机共有48个10GE接口和6个100GE接口。我们首先计算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）。如果得到的总带宽≤交换容量，则我们可认为该交换机在交换容量上可做到线速转发。计算可得：(48×10G+6×100G)×2=2160G≤2.16T。因此是线速转发( 端口在满负载的情况下，对帧进行无差错的转发称为线速转发 )

（厂商文档中，交换容量通常有两个参数，一个是单台设备的交换容量，另一个是使能堆叠情况下计算得出的交换容量，一般支持9台）

包转发率 （吞吐量 ）

一秒内传输数据报文的数量， 单位是pps，1Byte(字节)=8bit(位)

100Mbit/s的以太网络，100M换算成Byte则是100 000/8=12500KByts/s=12.5MByte/s，也就是说100Mbit/s的带宽以太网络每秒传输12.5MByte数据大小的文件。

在以太网的数据包中，最小的数据包的大小是64Byte/s，加上8个Byte的前导字节以及12个Byte帧间间隙，合计就是84Byte。那么用12500000/84=148809Bpps，所以就可以得到在100M吞吐量单向环境下的每秒最大的包转发个数148809B pps，换算成K即为148.8K pps，也就是0.1488M pps。

12500000Bbps/84=148809Byte/s=0.148809MByte/s=0.1488Mpps

一个千兆以太网，一个线速端口的包转发率为1.488Mpps

一个万兆以太网，一个线速端口的包转发率为14.88Mpps

 

背板带宽

指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。背板带宽是模块化框式交换机上的概念，固定端口的盒式交换机不存在这个概念，固定端口盒式交换机的背板容量和交换容量大小是相等的。

 

交换机非线速导致的收敛

交换机只具有8Gbps线速转发的交换能力，某时刻从交换机前12个接口向后12个接口同时转发流量，当每个接口流量均达到1Gbps时，在交换机内部一定会有拥塞，此时便形成了转发的收敛。实际每秒交换机接收流量为12Gbps，但转发出去的报文只有8Gbps，收敛比为输入带宽(12Gbps)÷输出带宽(8Gbps)=1.5：1。

网络设计导致的收敛

4台服务器分别通过10GE链路连接接入交换机，接入交换机通过1条25GE链路连接核心交换机。即接入交换机的下行带宽为40Gbps，接入交换机的上行带宽为25Gbps。下上行链路收敛比为下行带宽（40Gbps）÷上行带宽（25Gbps）=1.6：1

最理想的收敛比是1：1，低收敛比的设计意味着选用更高上行端口带宽的设备，这意味着更多的投入；如果在不计成本的情况下，1：1的收敛比是我们都期望能实现的。另外一方面，我们的服务器也不是每时每刻都工作在高负荷下，占用100%的带宽，这意味着即使不是1：1的收敛比，也不是就一定会出现数据报文因拥塞丢包，业务仍可以正常运行。

收敛比反映了一个网络线速转发流量的能力，因此通常我们会把收敛比作为衡量一个高性能网络的因素来考虑。一般在园区网，由于流量压力不大，园区网网络一般都会存在较大的流量收敛；但在数据中心网络，由于其对性能要求高，流量收敛的设计就十分重要。

在服务器接入的Leaf层，南北向收敛比一般控制在3:1以下；在Spine层，考虑和Leaf层的收敛比接近或更小；在Border Leaf层，收敛比一般较大，根据客户的出口路由带宽灵活设计。

 

网络利用率

是指特定一张网络能够承载的业务数量，承载业务数量越多，那么网络利用率越高

网络利用率=网络业务吞吐量/网络总链路带宽

 

网络带宽利用率

网络带宽利用率=所有链路的实际使用带宽/网络总链路带宽

网络利用率高，通常网络带宽利用率也会高但是网络带宽利用率高不能推导出网络利用率高。如果让一个流量在网路中来回绕路转发，将导致网络带宽利用率很高，但是网络业务吞吐量却没有变化，网络利用率也就没有变化。我们追求的目标是提升网络利用率，而且希望在同样网络利用率的情况下，尽量降低网络带宽利用率，或者说希望在同样带宽利用率的情况下，追求更高的网络利用率，使得网络能够承载更多业务。要使网络利用率最佳，那么就要求所有业务都走最短路径，不要绕路，但是由于网络实际的业务流向不均衡，有些流向上流量非常大最短路径无法满足要求，所以必须通过绕路来把这些大的业务流转发过去，这样网络利用率提高了，但是也消耗了更多的带宽资源。当然，我们的目标本来就是要提升网络的利用率，提高网络业务的吞吐量，所以有些时候必须选择绕路方案，这正是流量工程的作用。（流量工程复杂的一逼）