思科的虚拟交换机打破了吞吐量记录

虚拟化，长期以来一直是一个热门话题服务器，已进入网络领域。通过引入一个新的管理刀片服务器为它的Catalyst 6500交换机，思科可以使两个交换机看起来像一个交换机，同时显著减少流程中的故障转移时间。

在思科的新的虚拟交换系统（VSS）的独家明智选择测试，有个足球雷竞技app执行了迄今为止最大的基准测试，使用了具有130个10G以太网接口的庞大测试平台。

结果令人印象深刻：VSS不仅提供故障切换倍20倍的改善，但也同时消除了第2层和第3层冗余协议。

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请参阅我们的性能图表的幻灯片

我们如何测试思科的Cisco Catalyst 6500虚拟交换

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性能数据甚至更令人吃惊：一个VSS启用虚拟交换机移动的记录每秒7.7亿帧在一个试验中，并且被路由大于5.6十亿单播和组播在另一个流动。这些数字究竟是什么样的两倍单个物理Catalyst 6509可以做。

所有环节，所有的时间

为了最大化正常运行时间，网络架构师通常在网络的每一层提供多个链接和设备，使用冗余协议的字母汤来防止停机。这些协议包括快速生成树协议(RSTP)、热备用路由协议(HSRP)和虚拟路由器冗余协议(VRRP)。(比较交换机冗余在网络世界里的交换机采购指南功能。）有个足球雷竞技app

这种方法有效，但有多个缺点。其中最主要的是大多数冗余协议使用的“主动-被动”模型，其中一条路径承载流量，而另一条路径闲置直到发生故障。主动-被动模型只使用可用容量的50%，增加了可观的资本支出。

此外，HSRP和VRRP都需要每个子网三个IP地址，即使路由器在一次只使用一个地址。尽管从故障中快速生成树复苏比原生成树更快，收敛时间仍可被几秒钟会发生变化，从而导致飘忽不定应用性能。（严格地说，生成树只是为了防止环路，但它通常被用作冗余机制。）

还有一个更大的下行压力，以目前的冗余网络设计：他们创造两倍多的网元管理。不管网络管理者是否使用命令行界面或用于配置管理一个基于SNMP的系统中，要进行的任何政策变化需要两次，一次每个冗余组件。

引入虚拟开关

相比之下，思科的VSS使用“主动-主动”模型，它保留了相同数量的冗余，但使用了所有可用的链接和交换端口。

虽然许多供应商支持链路聚合(将多个物理接口组合成一个逻辑接口的方法)，但VSS在虚拟化整个交换机方面是独一无二的——包括交换机结构和所有接口。链接聚合和变体，如北电网络的分割多链路中继(SMLT)不创建虚拟交换机，也不消除对第3层冗余机制(如HSRP或VRRP)的需要。(见北电首席技术官采取这种比较。）

VSS的核心是虚拟交换主管720-10G，这是一个用于Cisco Catalyst 6500交换机的管理和交换机结构刀片。上个月开始发货的VSS需要两个新的管理卡，每个物理机箱一个。管理刀片服务器创建一个虚拟交换机链接(VSL)，使两个设备在外部世界中显示为一个设备:只使用一个媒体访问控制和一个IP地址，两个系统共享一个公共配置文件，该文件覆盖两个机箱中的所有端口。

在思科虚拟交换机的访问端，下游设备仍然连接到两个物理机箱，但是一种称为多机箱EtherChannel (MEC)的连接技术将虚拟交换机表示为一个逻辑设备。MEC链路可以使用行业标准802.3ad链路聚合或思科专有的端口聚合协议。无论哪种方式，MEC都不需要生成树。在电路或开关发生故障之前，MEC内的所有链路都是活跃的，然后流量继续流经MEC内的其余链路。

服务器还可以使用MEC的链路汇聚的支持，不需要附加的软件。多个连接已经可以使用“网卡绑定”，但是这通常是一个专有的，主动/被动的做法。

在思科的虚拟交换机的核心侧，设备也使用MEC连接来连接到虚拟交换机。这消除冗余协议，如HSRP或VRRP的需要，也减少了路由的数量公布。作为接入侧，交通流过MEC处于“活动/活动”模式直到故障，在此之后，MEC继续更少的元件来操作。

前面的示例主要关注分发层交换机，但是VSL链接可以在任何两个Catalyst 6500底盘之间工作。例如，虚拟交换可以在核心层和分布层使用，也可以在核心层、分布层和访问层使用。只要存在虚拟交换机，所有附加设备就会看到一个逻辑设备。

一个VSL只能与两个机箱，不过它可以支持多达八个物理链路。多VSL链接可以使用新的超级卡或思科WS-6708万兆以太网线路卡接口的任何组合来建立。VSS还需要在思科的67XX系列线卡，如6724个6748 10/100/1000模块或6704或6708 10G以太网模块。思科称，VSL控制流量使用10G以太网链路的不到5％，但我们并没有验证这一点。

至少目前，VSL流量是专有的。在Cisco和Cisco之间设置VSL是不可能的铸造开关。

面料的一大大片

我们通过集中测试网络带宽和延迟、故障转移时间和跨网络骨干的单播/多播性能来评估VSS性能。

在面料测试中，我们试图回答两个简单的问题：如何快速做VSS移动框架，以及多长时间挂在每一帧？此测试的设置是什么，但简单。我们附的Spirent TestCenter分析器/发电机模块130个10G以太网端口上的两个催化剂6509台底盘构造为一个虚拟交换机。

到目前为止，这些测试产生了我们从单个(逻辑)设备测量到的最高吞吐量。当转发64字节帧时，思科的虚拟交换机每秒移动流量超过7.7亿帧。然后，我们在一个没有虚拟化的交换机上运行相同的测试，并测量了每秒3.85亿帧的吞吐量——正好是在虚拟交换机中合并两个fabric结果的一半。这些结果证明，结合开关织物没有惩罚。

我们还测量了256字节帧(接近Internet帧的平均长度)的VSS吞吐量为每秒2.87亿帧，1,518字节帧(直到最近，以太网的最大数据，在大多数生产网络中仍然是最高的数据)的VSS吞吐量为每秒5300万帧。使用这两种帧大小，吞吐量恰好是单开关情况下的两倍。

每秒1,518字节的帧数表示将近648Gbps的吞吐量。这仅仅是130个10G以太网端口的理论最大速率的一半左右。限制因素是Supervisor 720交换机结构，它不能向每个满载机箱的66个10G端口发送线路速率流量。VSS通过合并两个交换机使fabric容量加倍，但它并没有扩展任何一个物理交换机中的fabric卡的容量。

我们也测量了所有三帧大小的延迟。对于10%的预期负载，Spirent TestCenter报告的平均延迟从12微秒到17微秒不等，无论虚拟交换还是非虚拟交换。这些数字与我们测试过的其他10G开关类似，并且远远低于它们对任何应用程序性能的影响。即使是在虚拟交换的情况下，最大的延迟也只有大约66微秒，这对于降低任何应用程序的速度来说都是太低了，特别是考虑到Internet来回延迟通常会达到几十毫秒。

更快的故障

我们的故障转移测试生产再创历史新高：从我们有史以来测量的2层/ 3层网络故障最快的恢复。

我们开始这些测试用常规的设置：在层2快速生成树，HSRP在层3和16000个主机（模拟上的Spirent TestCenter）在冗余对接入，分配和核心交换机的发送通信量。在测试过程中，我们切断电源，分布交换机之一，迫使所有的冗余机制和路由协议重新收敛。恢复了6.883秒在此设置。

然后，我们在启用VSS的情况下再运行两次相同的测试。这次的收敛速度要快得多。网络只需322毫微米就能在配电交换机上汇聚虚拟交换机，341毫微米就能在核心交换机和配电交换机上汇聚虚拟交换机。这两个数字都比通常的冗余机制改进了20倍。

一个更大的骨干

我们的最终测试使用一个复杂的企业流量模式来测量主干性能，该模式涉及176,000条单播路由、10,000多条组播路由和超过56亿流量。我们在单播流量和单播流和多播流的组合下运行这些测试，并再次比较了有VSS和没有VSS时的结果。

为了让事情更有趣，我们在有10,000个入口的访问控制列表的情况下运行了所有测试，还配置了开关来重新标记所有包的diff-serv代码点(DSCP)字段。重新标记DSCPs可以防止用户未经授权地“提升”他们的数据包以获得更高优先级的处理。此外，我们为所有测试流量启用了NetFlow跟踪。

在所有主干情况下，使用虚拟交换的吞吐量是不使用虚拟交换的两倍。这对于单播和混合级吞吐量测试都是正确的，而且无论我们是在单独的分发开关上启用虚拟开关，还是在核心和分发开关上同时启用虚拟开关，都是正确的。这些结果清楚地显示了“主动/主动”设计比“主动/被动”设计的优势。

在这些测试中，我们测量了延迟和吞吐量。理想情况下，我们期望在带有和不带有虚拟交换的测试用例之间，以及在网络的一层或两层带有虚拟交换的用例之间看到很少的区别。当谈到平均延迟时，事情看起来就是这样的。在所有测试用例中，三对物理交换机的延迟在26到90微秒之间，远低于应用程序会注意到的时间点。

最大延迟在启用虚拟切换时确实有所不同，但不会影响应用程序性能。奇怪的是，256字节帧的最大延迟增加最多，比没有虚拟交换的结果增加了四倍。实际数量总是远远小于1毫厘，也不太可能影响应用程序性能。

思科的VSS是交换技术的一个重大进展。它通过更快的恢复时间极大地提高了可用性，同时极大地提高了带宽。

纽曼是网络测试，西湖村，加利福尼亚州的独立测试实验室的总裁，他可以达到dnewman@networktest.com。

谢谢

感谢Spirent Communications对这个项目的支持。Spirent测试工程师Brooks Hickman为这些测试提供现场配置和故障排除协助。

纽曼还是网络世界实验室联盟(Network World Lab有个足球雷竞技app Alliance)的成员，该联盟由网络行业顶尖的评论家组成，每一位评论家都拥有多年的实践经验。欲了解更多实验室联盟信息，包括成为会员需要什么条件，请访问m.amiribrahem.com/alliance。

了解有关此主题的更多信息

比较交换机冗余特性，在网络世界的交换机买方指南。有个足球雷竞技app

下载用于测试的开关和VSS配置。(Zip文件,475 kb)

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