新一代思科Catalyst 4500評測報告

思科現在的想法不只是賣給你交換機，現在，它還想成為你的配電系統供應商。

思科近期發布了Catalyst 4500交換機的新接口卡，使其能夠支持UPoE（Universal Power Over Ethernet，通用以太網供電）特性。這樣一來，每個交換機端口最多可供應60瓦的電力，足以滿足辦公室隔間內包括配備網絡攝像頭的IP電話、23英寸顯示器和瘦客戶機在內的所有設備的供電需求。

我們在本次測試中深入測試了這款設備，還分析了新的Supervisor 7-E管理模塊和節能以太網接口卡的性能和功能。我們發現，接口卡在閑置時耗電量確實有所降低。這些部件共同將久負盛名的Catalyst 4500從一款模塊化以太網交換機變成一個主配電系統。

押寶UPoE

UPoE與之前版本的PoE以太網供電標準有了很大不同，它使用了全部四對雙絞線來供電，這讓具有UPoE功能設備的供電量增加了一倍。思科實現了專有的UPoE技術，并且該公司宣稱會向美國電氣電子工程師協會（IEEE）提交現有802.3at規范的這個變種，以期成為標準。

新的WS-X4748-UPoE+E接口卡提供了48個千兆以太網端口，其中24個能以UPoE標準供應電力。我們使用Sifos Technologies公司的PowerSync測試儀，在性能測試期間從24個端口成功獲得了每端口60瓦、共計1440瓦的電力。同時思博倫通信提供的TestCenter測試儀顯示，供電對系統吞吐量及網絡延遲沒有任何影響，足可以證明UPoE技術在網絡中的穩定性和可用性。

除此之外，我們又將辦公室中的一些設備連接到交換機上，用來測試UPoE供電的實際效果。這些設備包括配備了網絡攝像頭和嵌入式CVXC-2111C虛擬桌面客戶端的思科9971 IP電話，它其實是一款與 VMware虛擬桌面基礎架構（VDI）結合使用的瘦客戶機；一部23英寸的三星SyncMaster NC220顯示器，它的規格基本算是目前主流水平。最后，我們連接了英國電信集團出品的ITS.Netrix電話，這款產品主要針對股票交易員的需求而設計，配備了多達20條線路、四個揚聲器和一個顯示屏。它們在UPoE供電的環境下都可以順利運行，這非常令人滿意。

與UPoE無法兼容的兩種設備是傳統的筆記本電腦和臺式機，至少目前還是無法兼容。雖然大多數筆記本電腦和臺式機正在變得更節能，但目前多數產品的耗電量仍遠超過UPoE所能提供的60瓦。比如說，本文是在使用85瓦電源適配器的蘋果MacBook Pro筆記本電腦和耗電量高達590瓦的戴爾OptiPlex臺式機上撰寫和編輯的，即使電腦的實際耗電量在多數時間都沒有這么高，但60瓦顯然遠遠不夠。

節能與管理共同進步

人們對PoE技術在認識上的一個常見誤區是供電增加了產品和配線柜的發熱量。其實，PoE只是一種配電方法，交換機僅僅充當直通系統而已。發熱基本出現在受電設備處，而不是出現在供電設備處（例如本次測試的交換機）。

相比之下，名為EEE（energy-efficient Ethernet，節能以太網）的另一項IEEE規范專門旨在降低當設備處于閑置期時交換機端口的耗電量。我們在測試能夠支持EEE特性、具有384個千兆以太網銅纜接口的新接口卡時發現，啟用EEE后，總體耗電量從1462瓦減少到1278瓦，節電幅度達到12.6%。

思科還演示了在Supervisor 7-E模塊上運行的測試版的協議分析器，它可以捕獲任何未知的協議。熟悉Wireshark和tcpdump的網絡工程師們使用該分析器沒有任何瓶頸，它可以將捕獲的數據包保存為文件，或者在終端窗口中以一種類似Wireshark解碼的格式來顯示。早期版本的協議分析器只能捕獲100個數據包，但思科聲稱，今秋發布的新版本將沒有這個限制，其性能僅僅受限于管理卡上的存儲介質。與Wireshark一樣，分析儀器也提供了捕獲過濾及顯示過濾功能，用戶可以將注意力集中在需要關注的數據包上。

協議分析器還可以與管理卡的Flexible NetFlow（FNF）和嵌入式事件管理器（EEM）結合使用，以便針對網絡出現的狀況采取相應措施。比如說，FNF可以識別出SYN flood攻擊，之后簡單的EEM腳本則可關閉受影響的交換機端口，或是降低流量的傳輸速度。

FNF還能夠跟蹤分析流經Supervisor 7-E模塊的7萬多路并發流量。為了證實這一點，我們在所有性能測試期間啟用了FNF功能，可以看到FNF在跟蹤分析我們生成的147072路流量中的73536路。

性能仍是重中之重

對任何以太網交換機來說，提供高吞吐量和低轉發延遲都是首要任務，本次的測試項目也大多集中在這些方面。我們搭建了四個測試環境考察產品的性能，分別基于60秒的2層單播、2層組播、3層IPv4單播和3層IPv6單播流量。其中，組播性能測試使用了1個傳輸端口和383個接收（用戶）端口，思博倫通信的TestCenter測試儀上的383個接收端口全部使用IGMPv3，接入到同樣的組播組。交換機的IGMP偵聽表全部填好后，測試儀隨后向傳輸端口發送流量，用到全部組播組的目的地址。此外我們還測試了MAC地址容量和系統軟件升級/降級所需的時間，它們對于用戶的部署和管理來說也非常重要。

Catalyst 4500系列產品使用了集中式交換結構，這意味著不管源端口和目的端口是什么，所有流量的延遲都是相同的。我們使用思博倫通信提供的TestCenter測試儀測試了每一路流量中每個幀的延遲，看到所有流量的延遲結果都保持一致。許多較新的交換機使用了分布式架構，其特點是交換機模塊上的端口間延遲很低，但是流量跨交換機背板時的延遲較高。

交換機在全部384個端口采用全網狀模式（Fully Meshed）傳輸單播流量（短幀）進行測試時，延遲平均約6.5微秒；傳輸組播流量時，測試的383個端口都接入到同樣的1000個組播組，平均延遲為7.9微秒。在幾種測試環境下，我們得到的平均延遲和最大延遲均保持一致。在不同的單播測試環境下，延遲數據也會略有變化，這表明交換機用硬件以同樣的方式來處理所有流量。更重要的是，對大型模塊化千兆以太網交換機而言，這款產品的轉發延遲處于相對較低的水平。

盡管Catalyst 4500傳輸流量時延遲不大，但其結構在某些情況下會造成阻塞。新的Supervisor 7-E模塊與之前的Supervisor 6-E一樣，處理極限是每秒2.5億個數據幀。所以，384個千兆以太網端口中只有167個端口擁有無阻塞性能。如果384個端口全部處于滿負載狀態，處理64字節幀時，系統吞吐量只有線速的43.7%左右。若是組播流量，結果還要再低些，64字節幀時的吞吐量大約只有線速的38.5%。

誠然，沒有哪個生產型網絡在多達384個千兆端口上只出現短幀。但64字節幀很常見（比如TCP確認報文），每丟失一個幀，都會導致應用性能下降。考慮到商業化的交換芯片（組）問世已有10年之久，現在仍能看到存在性能瓶頸的新交換機產品是否讓人覺得不可思議？

我們還測試了256字節幀、1518字節幀和9216字節巨型幀時的吞吐量。在IPv6測試場景下將64字節的幀換成了78字節的幀，因為這是能夠適應測試儀所用的簽名字段的最短長度的幀。讓人欣慰的是，無論是單播流量還是組播流量，Catalyst 4500的全部384個千兆以太網端口都能夠做到線速轉發。不過遺憾的是，Supervisor 7-E模塊據稱能夠支持多達96個萬兆以太網端口，而Supervisor 6-E僅能支持30個，我們沒能對此進行測試。

Catalyst 4500支持的另一個關鍵技術是ISSU/ISSD，即運行中軟件升降級。該技術允許用戶在運行中升級或降級系統軟件，而基本不會影響到業務流量。在這個測試項中，工程師使用思博倫TestCenter測試儀在全網狀模式下以線速向交換機發送256字節幀。流量傳輸過程中，將系統軟件升級到新版本，從測試結束時的幀丟失情況統計得到升級時間，再重復進行測試，將系統降級到原始版本，得到降級所需時間。實際測試結果表明，在所有端口都在線速轉發流量時，升/降級軟件版本需要 30.5毫秒左右的時間，遠低于思科聲稱的50毫秒。

最后我們測試了該產品的MAC地址容量，工程師在交換機的三個端口上進行符合RFC 2889規范要求的測試，以確定交換機在沒有泛洪的情況下，能夠識別的最大MAC地址數量。Catalyst 4500成功識別了5.5萬個MAC地址，應該可以滿足大多數使用虛擬化技術的企業數據中心的需要。

整體看來，這款產品在性能方面還是堪當大用的。細節方面，Catalyst 4500與思科其他的交換機產品一樣，也支持一長串的交換、路由、安全和管理相關的功能。對于長期關注技術發展的網絡管理者們來說，新的電源管理功能是非常值得關注并且非常值得嘗試的特性。就這樣，久負盛名的Catalyst 4500不再僅僅是一款以太網交換機，也成為了電力分配與管理的新角色。