Kapazitätsberechnung bei Switches

Das Ethernet hat seinen Siegeszug in mittlerweile fast alle Bereiche getragen. Entsprechende Bedeutung hat eine der zentralen Komponenten in einem Ethernet-Netzwerk – der Switch. Daher ist es wichtig, seine Kapazität zu berechnen. Einem Datenblatt des Juniper EX4200-48P Switches entnehme ich z.B. folgende Angaben (http://www.juniper.net/us/en/local/pdf/datasheets/1000215-en.pdf):

Packet Switching Capacity: 136 Gbps
Layer 2 Throughput: 101 Mpps (wire speed)

Doch wie lassen sich diese Werte berechnen? Zuerst zur Kapazität der Backplane. Der Switch unterstützt 48 Gigabit Ports sowie zwei 10 GbE Ports. Jeder der Ports kann im Full-Duplex Betrieb arbeiten und jeweils 1 GbE senden und empfangen (bzw. 10 GbE bei den 10 GbE Ports). Das ergibt in Summe

2 x 48 + 2 x 20 = 136

Das ist (nicht ganz zufällig J) die angegebene Backplane Kapazität. Diese ist also stark genug um selbst bei Maximalauslastung die Daten schnell genug transportieren zu können.

Was hat es nun mit der Angabe Mpps auf sich? Diese steht für Mega Packets per Second. Dabei geht es eigentlich um Frames, genauer um Ethernet II Frames bzw. Frames nach 802.1q, das sind Frames mit VLAN Tagging. Diese Frames können verschiedene Größen haben. Um mit einer hohen maximalen Frameanzahl zu glänzen messen die Switch-Hersteller Frames der kleinsten Größe – 64 Bytes. Allerdings geht jedem Frame eine sogenannte Präambel voraus – eine Folge von 101010…, 8 Byte lang. Außerdem folgt jedem Frame eine Sendepause, das sogenannte Interframe Gap. Es ist 96 mal so lange wie die Übertragungsdauer eines Bits dauert. Wir können also genauso rechnen als würden 96 Bit Daten übertragen. Die Gesamtlänge eines Frames beträgt also 672 Bit.

Damit kann ein Gigabit Port genau

1 GBit/s / 672 Bit = 1.597.830 Frames pro Sekunde übertragen

Ein 10 GbE Port entsprechend 10x so viel. Auf die 48 Port sowie zwei 10 GbE Ports aufgerechnet ergibt dies

48 x 1.597.830 + 2 x 10 x 1.597.830 = 108.652.440 Frames pro Sekunde

bzw. 104 Mpps. Der Unterschied zu 101 Mpps ergibt sich durch kleine Abweichungen der Theorie zur Praxis. Die Behauptung „Wire Speed“ des Herstellers trifft also zu.