新一代思科Catalyst 4500評測報告

思科現(xiàn)在的想法不只是賣給你交換機(jī)，現(xiàn)在，它還想成為你的配電系統(tǒng)供應(yīng)商。

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

我們在本次測試中深入測試了這款設(shè)備，還分析了新的Supervisor 7-E管理模塊和節(jié)能以太網(wǎng)接口卡的性能和功能。我們發(fā)現(xiàn)，接口卡在閑置時耗電量確實(shí)有所降低。這些部件共同將久負(fù)盛名的Catalyst 4500從一款模塊化以太網(wǎng)交換機(jī)變成一個主配電系統(tǒng)。

押寶UPoE

UPoE與之前版本的PoE以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備的供電量增加了一倍。思科實(shí)現(xiàn)了專有的UPoE技術(shù)，并且該公司宣稱會向美國電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）提交現(xiàn)有802.3at規(guī)范的這個變種，以期成為標(biāo)準(zhǔn)。

新的WS-X4748-UPoE+E接口卡提供了48個千兆以太網(wǎng)端口，其中24個能以UPoE標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)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(jì)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(tǒng)吞吐量及網(wǎng)絡(luò)延遲沒有任何影響，足可以證明UPoE技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的穩(wěn)定性和可用性。

除此之外，我們又將辦公室中的一些設(shè)備連接到交換機(jī)上，用來測試UPoE供電的實(shí)際效果。這些設(shè)備包括配備了網(wǎng)絡(luò)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(shí)是一款與 VMware虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（VDI）結(jié)合使用的瘦客戶機(jī)；一部23英寸的三星SyncMaster NC220顯示器，它的規(guī)格基本算是目前主流水平。最后，我們連接了英國電信集團(tuán)出品的ITS.Netrix電話，這款產(chǎn)品主要針對股票交易員的需求而設(shè)計(jì)，配備了多達(dá)20條線路、四個揚(yáng)聲器和一個顯示屏。它們在UPoE供電的環(huán)境下都可以順利運(yùn)行，這非常令人滿意。

與UPoE無法兼容的兩種設(shè)備是傳統(tǒng)的筆記本電腦和臺式機(jī)，至少目前還是無法兼容。雖然大多數(shù)筆記本電腦和臺式機(jī)正在變得更節(jié)能，但目前多數(shù)產(chǎn)品的耗電量仍遠(yuǎn)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(dá)590瓦的戴爾OptiPlex臺式機(jī)上撰寫和編輯的，即使電腦的實(shí)際耗電量在多數(shù)時間都沒有這么高，但60瓦顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

節(jié)能與管理共同進(jìn)步

人們對PoE技術(shù)在認(rèn)識上的一個常見誤區(qū)是供電增加了產(chǎn)品和配線柜的發(fā)熱量。其實(shí)，PoE只是一種配電方法，交換機(jī)僅僅充當(dāng)直通系統(tǒng)而已。發(fā)熱基本出現(xiàn)在受電設(shè)備處，而不是出現(xiàn)在供電設(shè)備處（例如本次測試的交換機(jī)）。

相比之下，名為EEE（energy-efficient Ethernet，節(jié)能以太網(wǎng)）的另一項(xiàng)IEEE規(guī)范專門旨在降低當(dāng)設(shè)備處于閑置期時交換機(jī)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(wǎng)銅纜接口的新接口卡時發(fā)現(xiàn)，啟用EEE后，總體耗電量從1462瓦減少到1278瓦，節(jié)電幅度達(dá)到12.6%。

思科還演示了在Supervisor 7-E模塊上運(yùn)行的測試版的協(xié)議分析器，它可以捕獲任何未知的協(xié)議。熟悉Wireshark和tcpdump的網(wǎng)絡(luò)工程師們使用該分析器沒有任何瓶頸，它可以將捕獲的數(shù)據(jù)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(xié)議分析器只能捕獲100個數(shù)據(jù)包，但思科聲稱，今秋發(fā)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(zhì)。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(guān)注的數(shù)據(jù)包上。

協(xié)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(jié)合使用，以便針對網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的狀況采取相應(yīng)措施。比如說，F(xiàn)NF可以識別出SYN flood攻擊，之后簡單的EEM腳本則可關(guān)閉受影響的交換機(jī)端口，或是降低流量的傳輸速度。

FNF還能夠跟蹤分析流經(jīng)Supervisor 7-E模塊的7萬多路并發(fā)流量。為了證實(shí)這一點(diǎn)，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(wǎng)交換機(jī)來說，提供高吞吐量和低轉(zhuǎn)發(fā)延遲都是首要任務(wù)，本次的測試項(xiàng)目也大多集中在這些方面。我們搭建了四個測試環(huán)境考察產(chǎn)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(jī)的IGMP偵聽表全部填好后，測試儀隨后向傳輸端口發(fā)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(tǒng)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(chǎn)品使用了集中式交換結(jié)構(gòu)，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(jié)果都保持一致。許多較新的交換機(jī)使用了分布式架構(gòu)，其特點(diǎn)是交換機(jī)模塊上的端口間延遲很低，但是流量跨交換機(jī)背板時的延遲較高。

交換機(jī)在全部384個端口采用全網(wǎng)狀模式（Fully Meshed）傳輸單播流量（短幀）進(jìn)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(huán)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(huán)境下，延遲數(shù)據(jù)也會略有變化，這表明交換機(jī)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(wǎng)交換機(jī)而言，這款產(chǎn)品的轉(zhuǎn)發(fā)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(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)幀。所以，384個千兆以太網(wǎng)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(fù)載狀態(tài)，處理64字節(jié)幀時，系統(tǒng)吞吐量只有線速的43.7%左右。若是組播流量，結(jié)果還要再低些，64字節(jié)幀時的吞吐量大約只有線速的38.5%。

誠然，沒有哪個生產(chǎn)型網(wǎng)絡(luò)在多達(dá)384個千兆端口上只出現(xiàn)短幀。但64字節(jié)幀很常見（比如TCP確認(rèn)報文），每丟失一個幀，都會導(dǎo)致應(yīng)用性能下降。考慮到商業(yè)化的交換芯片（組）問世已有10年之久，現(xiàn)在仍能看到存在性能瓶頸的新交換機(jī)產(chǎn)品是否讓人覺得不可思議？

我們還測試了256字節(jié)幀、1518字節(jié)幀和9216字節(jié)巨型幀時的吞吐量。在IPv6測試場景下將64字節(jié)的幀換成了78字節(jié)的幀，因?yàn)檫@是能夠適應(yīng)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(wǎng)端口都能夠做到線速轉(zhuǎn)發(fā)。不過遺憾的是，Supervisor 7-E模塊據(jù)稱能夠支持多達(dá)96個萬兆以太網(wǎng)端口，而Supervisor 6-E僅能支持30個，我們沒能對此進(jìn)行測試。

Catalyst 4500支持的另一個關(guān)鍵技術(shù)是ISSU/ISSD，即運(yùn)行中軟件升降級。該技術(shù)允許用戶在運(yùn)行中升級或降級系統(tǒng)軟件，而基本不會影響到業(yè)務(wù)流量。在這個測試項(xiàng)中，工程師使用思博倫TestCenter測試儀在全網(wǎng)狀模式下以線速向交換機(jī)發(fā)送256字節(jié)幀。流量傳輸過程中，將系統(tǒng)軟件升級到新版本，從測試結(jié)束時的幀丟失情況統(tǒng)計(jì)得到升級時間，再重復(fù)進(jìn)行測試，將系統(tǒng)降級到原始版本，得到降級所需時間。實(shí)際測試結(jié)果表明，在所有端口都在線速轉(zhuǎn)發(fā)流量時，升/降級軟件版本需要 30.5毫秒左右的時間，遠(yuǎn)低于思科聲稱的50毫秒。

最后我們測試了該產(chǎn)品的MAC地址容量，工程師在交換機(jī)的三個端口上進(jìn)行符合RFC 2889規(guī)范要求的測試，以確定交換機(jī)在沒有泛洪的情況下，能夠識別的最大MAC地址數(shù)量。Catalyst 4500成功識別了5.5萬個MAC地址，應(yīng)該可以滿足大多數(shù)使用虛擬化技術(shù)的企業(yè)數(shù)據(jù)中心的需要。

整體看來，這款產(chǎn)品在性能方面還是堪當(dāng)大用的。細(xì)節(jié)方面，Catalyst 4500與思科其他的交換機(jī)產(chǎn)品一樣，也支持一長串的交換、路由、安全和管理相關(guān)的功能。對于長期關(guān)注技術(shù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)管理者們來說，新的電源管理功能是非常值得關(guān)注并且非常值得嘗試的特性。就這樣，久負(fù)盛名的Catalyst 4500不再僅僅是一款以太網(wǎng)交換機(jī)，也成為了電力分配與管理的新角色。