一：什么是單工，半雙工，雙工通信

全雙工（Full Duplex）是指在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時也能夠接收數(shù)據(jù)，兩者同步進行，這好像我們平時打電話一樣，說話的同時也能夠聽到對方的聲音。目前的網(wǎng)卡一般都支持全雙工。

半雙工（Half Duplex），所謂半雙工是指一段時間內(nèi)，只有一種動作發(fā)生，例如一條窄路，而只有一輛車可以通行，當當前有兩輛車相對時，在這種情況下，只有一輛車先開，等到另一輛車的頭部再開，這個例子生動地說明了原始半雙工。原因。早期對講機、早期集線器等設備都是基于半雙工產(chǎn)品的。隨著技術的不斷進步，半雙工會逐漸退出歷史舞臺。

單工通信是指通信線路上的數(shù)據(jù)按單一方向傳送，比如對講機。

二：什么是接口速率

2.1：接口速率的概念

接口速率（interface rate）是指完成所有處理之后通過接口的總比特速率標稱值。今天這里所說的是指以太網(wǎng)接口速率。

而以太網(wǎng)(Ethernet)指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標準。以太網(wǎng)絡使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測）技術，并以10M/S的速率運行在多種類型的電纜上。

以太網(wǎng)與IEEE802.3系列標準相類似。包括標準以太網(wǎng)（10Mbit/s）、快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）、千兆以太網(wǎng)（1000Mbit/s）和萬兆以太網(wǎng)（10Gbit/s）等
說到以太網(wǎng)，就又不能不提到傳說中的七層模型




左側網(wǎng)絡模型普通用戶在實際使用時可完全不用關心模型的存在，右側PDU部分才和用戶體驗息息相關，其中“Data”部分是用戶的實際使用速率，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡傳輸過程中，首先要封裝成數(shù)據(jù)包，之后在封裝成數(shù)據(jù)幀，同時還有封裝在前面?zhèn)鬏攲娱_銷。接口層的bit屬于物理層的一個PDU，所以從bit到byte要加上傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層的開銷。

下面嘗試進行計算：

DATA部分：1460

傳輸層：TCP固定頭部為20字節(jié)（byte），UDP為8字節(jié)

IP層：固定頭部20字節(jié)

數(shù)據(jù)鏈路層：18字節(jié)

100Mbit/s接口每秒實際傳輸速率=1460/（1460+20+20+18）*100Mbit/s≈96.179Mbit/s（按照TCP作為傳輸層計算）

這個計算已經(jīng)與實際值十分接近，所以會發(fā)現(xiàn)百兆接口設備才實際使用/測速時，一般僅有95兆左右的速率，跑不滿百兆理論值；同理，千兆接口設備一樣跑不到千兆理論值，所以要想達到所謂理論值傳輸，需使用高一級的設備/線纜組網(wǎng)。

PS：目前常見的Epon/Gpon光貓采用的最次也是1.25Gbps傳輸標準（目前多為2.5Gbps），因此各大運營商除了在前端設備擴容升級上花點心思外，用戶端側設備暫不用考慮升級，在容量足夠的前提下，即使考慮到光衰等各種損耗，也能保證用戶前端千兆速率。

如果再進一步精準計算的話，還要考慮幀間隔（12字節(jié)）、前導碼（1字節(jié)）、幀界定（1字節(jié)）等存在，這些長度加起來最少有20字節(jié)，具體長度如下：



1.首先會有96bits的空閑幀（IPG Inter-Packet Gap），該幀的作用是根據(jù)以太網(wǎng)的CSMA/CD原理，用來偵聽鏈路是否空閑，如果空閑，就可以發(fā)送報文。

2.其次會有7個字節(jié)的AA（01010101）用于與接收端同步，因為電平一高一低，很容易同步。

3.再次會有1個字節(jié)的AB，作為幀界定使用，表示后面開始真正的以太幀。

4.以太幀凈荷（包括MAC層、IP層及高層），范圍是64-1518字節(jié)，也就是以太幀最小長度64字節(jié)，最長1518字節(jié)。

PS：以太網(wǎng)中的每個幀之間都要有幀間隔，即每發(fā)完一個幀之后要等待一段時間再發(fā)另外一個幀，在以太網(wǎng)標準中規(guī)定最小是12個字節(jié)，然而幀間隙在實際應用中有可能會比12個字節(jié)要大，在這里我用了最小值。每個幀都要有20個字節(jié)的固定開銷。

:2.2：包轉(zhuǎn)發(fā)率

包轉(zhuǎn)發(fā)率，用來衡量網(wǎng)絡設備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)能力的標準。

而包轉(zhuǎn)發(fā)線速的衡量標準是以單位時間內(nèi)發(fā)送64字節(jié)的數(shù)據(jù)包（以太網(wǎng)傳輸最小包長，POS口是40字節(jié)）的個數(shù)作為計算基準的，如果沒有統(tǒng)一標準，發(fā)送64字節(jié)小包或512字節(jié)大包時，通過的包數(shù)量怎么可能相同。對于千兆以太網(wǎng)來說，完整計算方法如下：1,000,000,000bps/8bit/(64+8+12)byte=1,488,095pps

PS：當以太網(wǎng)幀為64字節(jié)時，需考慮8字節(jié)的幀頭（前導碼7字節(jié)、幀界定1字節(jié)）和12字節(jié)的幀間隔的固定開銷。故一個線速的千兆以太網(wǎng)端口在轉(zhuǎn)發(fā)64字節(jié)包時的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。百兆以太網(wǎng)的線速端口包轉(zhuǎn)發(fā)率正好為千兆以太網(wǎng)的十分之一，為148.8kpps（0.1488Mpps）。

*對于萬兆以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為14.88Mpps。
*對于千兆以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。
*對于快速以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為0.1488Mpps。
*對于OC－12的POS端口，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.17Mpps。
*對于OC－48的POS端口，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為4.68Mpps。

:2.3：背板帶寬

詞義：背板帶寬，也叫交換帶寬，單位為Gbps，是交換機接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量?？梢韵胂笠粭l高速公路，連接了若干城市，城市之間的交通流量都需要從該高速公路上通過。那背板帶寬就是高速公路的最大無阻塞交通流量（當然我們要假設高速公路上的車輛都是以恒定的最高速度在行駛）。

因此背板帶寬標志了交換機總的數(shù)據(jù)交換能力，一般的交換機的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺交換機的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強，但同時設計成本也會越高。

背板帶寬是衡量網(wǎng)絡設備性能的重要參數(shù)之一，一般很少出現(xiàn)在家用路由上，

其一是路由與交換機內(nèi)部明顯結構不同，交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣，交換機的所有端口都掛接在這條總線上，所以引入了“背板帶寬”這一概念；

其二是采用外掛接口接交換機芯片這種設計的路由也不是很多（多由主控芯片處理完成，如P4的RTL8197FB，即使不外掛交換機芯片，自身也支持5口百兆的交換能力），有的話基本也是呈現(xiàn)兩級分化。某大廠所謂一百多的全千兆路由：百兆級SOC外掛千兆交換機芯片的偽全千兆，大帶寬接入場景就現(xiàn)原形了；千元級路由，如華碩旗艦AC88U，其中5-8口采用獨立千兆交換機芯片實現(xiàn)共享1Gbps帶寬。

一般來講，計算方法如下:

1.線速的背板帶寬考察交換機上所有端口能提供的總帶寬。計算公式為端口數(shù)_相應端口速率_2（全雙工模式）如果總帶寬≤標稱背板帶寬，那么背板帶寬就是線速帶寬。

例如：P4端口數(shù)為5（1WAN/4LAN），相應端口速率為1Gbps，總帶寬=5_1Gbps_2=10＜14Gbps（標稱背板帶寬），說明P4可實現(xiàn)全端口全雙工無阻塞交換。

PS：RTL8367RB最大支持5+2口全千兆，總帶寬=7_1Gbps_2=14Gbps（標稱背板帶寬），所以宣傳頁中的14Gbps是這么來的。

2.第二層包轉(zhuǎn)發(fā)線速

第二層包轉(zhuǎn)發(fā)率=千兆端口數(shù)量×1.488Mpps+百兆端口數(shù)量_0.1488Mpps+其余類型端口數(shù)_相應計算方法，如果這個速率能≤標稱二層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機在做第二層交換的時候可以做到線速。

3.第三層包轉(zhuǎn)發(fā)線速

同第二層包轉(zhuǎn)發(fā)線速。

如果能滿足上面三個條件，那么我們就說這款交換機真正做到了線性無阻塞。

背板帶寬資源的利用率與交換機的內(nèi)部結構息息相關。目前交換機的內(nèi)部結構主要有以下幾種：一是共享內(nèi)存結構，這種結構依賴中心交換引擎來提供全端口的高性能連接，由核心引擎檢查每個輸入包以決定路由。這種方法需要很大的內(nèi)存帶寬、很高的管理費用，尤其是隨著交換機端口的增加，中央內(nèi)存的價格會很高，因而交換機內(nèi)核成為性能實現(xiàn)的瓶頸；二是交叉總線結構，它可在端口間建立直接的點對點連接，這對于單點傳輸性能很好，但不適合多點傳輸；三是混合交叉總線結構，這是一種混合交叉總線實現(xiàn)方式，它的設計思路是，將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過一條高性能的總線連接。其優(yōu)點是減少了交叉總線數(shù)，降低了成本，減少了總線爭用；但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。

三：華為交換機如何配置雙工模式以及接口速率

這里我們用華為ENSp軟件進行模擬

3.1：配置操作代碼

下面我們修改一下交換機的端口速率和雙工模式，我們將LSW1修改為全雙工，100M速率，以及查看端口信息







undo negotiation auto 取消自動協(xié)商
negotiation auto 自動協(xié)商
Speed (10/100/1000)速率設置,單位 M兆
duplex (half/full)半雙工、全雙工
dISplay intface GigabitEthernet 0/0/1 查看1號端口的配置信息
[Huawei-GigabitEthernet0/0/24]dis this 查看端口屬性

3.2：設置以太網(wǎng)端口的雙工模式和速率時，需要注意如下事項：

表1設置端口雙工模式注意事項

表2設置端口速率注意事項

百兆電口速率：10和100均支持，雙工支持半雙工、雙工和自協(xié)商；
千兆電口速率：10、100和1000均支持，雙工支持全雙工和自協(xié)商（千兆速率下只能為雙工）；
光口都不支持速率變更、不支持半雙工，速率及雙工模式均支持自協(xié)商；
萬兆以太網(wǎng)光口只能為全雙工10000Mbits。

審核編輯：劉清