新一代思科Catalyst 4500评测报告

思科现在的想法不只是卖给你交换机，现在，它还想成为你的配电系统供应商。

思科近期了Catalyst 4500交换机的新接口卡，使其能够支持UPoE（Universal Power Over Ethernet，通用以太网供电）特性。这样一来，每个交换机端口最多可供应60瓦的电力，足以满足办公室隔间内包括配备网络摄像头的IP电话、23英寸显示器和瘦客户机在内的所有设备的供电需求。

我们在本次测试中深入测试了这款设备，还分析了新的Supervisor 7-E管理模块和节能以太网接口卡的性能和功能。我们发现，接口卡在闲置时耗电量确实有所降低。这些部件共同将久负盛名的Catalyst 4500从一款模块化以太网交换机变成一个主配电系统。

押宝UPoE

UPoE与之前版本的PoE以太网供电标准有了很大不同，它使用了全部四对双绞线来供电，这让具有UPoE功能设备的供电量增加了一倍。思科实现了专有的UPoE技术，并且该公司宣称会向美国电气电子工程师协会（IEEE）提交现有802.3at规范的这个变种，以期成为标准。

新的WS-X4748-UPoE+E接口卡提供了48个千兆以太网端口，其中24个能以UPoE标准供应电力。我们使用Sifos Technologies公司的PowerSync测试仪，在性能测试期间从24个端口成功获得了每端口60瓦、共计1440瓦的电力。同时思博伦通信提供的TestCenter测试仪显示，供电对系统吞吐量及网络延迟没有任何影响，足可以证明UPoE技术在网络中的稳定性和可用性。

除此之外，我们又将办公室中的一些设备连接到交换机上，用来测试UPoE供电的实际效果。这些设备包括配备了网络摄像头和嵌入式CVXC-2111C虚拟桌面客户端的思科9971 IP电话，它其实是一款与 VMware虚拟桌面基础架构（VDI）结合使用的瘦客户机；一部23英寸的三星SyncMaster NC220显示器，它的规格基本算是目前主流水平。最后，我们连接了英国电信集团出品的rix电话，这款产品主要针对股票交易员的需求而设计，配备了多达20条线路、四个扬声器和一个显示屏。它们在UPoE供电的环境下都可以顺利运行，这非常令人满意。

与UPoE无法兼容的两种设备是传统的笔记本电脑和台式机，至少目前还是无法兼容。虽然大多数笔记本电脑和台式机正在变得更节能，但目前多数产品的耗电量仍远超过UPoE所能提供的60瓦。比如说，本文是在使用85瓦电源适配器的苹果MacBook Pro笔记本电脑和耗电量高达590瓦的戴尔OptiPlex台式机上撰写和编辑的，即使电脑的实际耗电量在多数时间都没有这么高，但60瓦显然远远不够。

节能与管理共同进步

人们对PoE技术在认识上的一个常见误区是供电增加了产品和配线柜的发热量。其实，PoE只是一种配电方法，交换机仅仅充当直通系统而已。发热基本出现在受电设备处，而不是出现在供电设备处（例如本次测试的交换机）。

相比之下，名为EEE（energy-efficient Ethernet，节能以太网）的另一项IEEE规范专门旨在降低当设备处于闲置期时交换机端口的耗电量。我们在测试能够支持EEE特性、具有384个千兆以太网铜缆接口的新接口卡时发现，启用EEE后，总体耗电量从1462瓦减少到1278瓦，节电幅度达到12.6%。

思科还演示了在Supervisor 7-E模块上运行的测试版的协议分析器，它可以捕获任何未知的协议。熟悉Wireshark和tcpdump的网络工程师们使用该分析器没有任何瓶颈，它可以将捕获的数据包保存为文件，或者在终端窗口中以一种类似Wireshark解码的格式来显示。早期版本的协议分析器只能捕获100个数据包，但思科声称，今秋的新版本将没有这个限制，其性能仅仅受限于管理卡上的存储介质。与Wireshark一样，分析仪器也提供了捕获过滤及显示过滤功能，用户可以将注意力集中在需要关注的数据包上。

协议分析器还可以与管理卡的Flexible NetFlow（FNF）和嵌入式事件管理器（EEM）结合使用，以便针对网络出现的状况采取相应措施。比如说，FNF可以识别出SYN flood攻击，之后简单的EEM脚本则可关闭受影响的交换机端口，或是降低流量的传输速度。

FNF还能够跟踪分析流经Supervisor 7-E模块的7万多路并发流量。为了证实这一点，我们在所有性能测试期间启用了FNF功能，可以看到FNF在跟踪分析我们生成的147072路流量中的73536路。

性能仍是重中之重

对任何以太网交换机来说，提供高吞吐量和低转发延迟都是首要任务，本次的测试项目也大多集中在这些方面。我们搭建了四个测试环境考察产品的性能，分别基于60秒的2层单播、2层组播、3层IPv4单播和3层IPv6单播流量。其中，组播性能测试使用了1个传输端口和383个接收（用户）端口，思博伦通信的TestCenter测试仪上的383个接收端口全部使用IGMPv3，接入到同样的组播组。交换机的IGMP侦听表全部填好后，测试仪随后向传输端口发送流量，用到全部组播组的目的地址。此外我们还测试了MAC地址容量和系统软件升级/降级所需的时间，它们对于用户的部署和管理来说也非常重要。

Catalyst 4500系列产品使用了集中式交换结构，这意味着不管源端口和目的端口是什么，所有流量的延迟都是相同的。我们使用思博伦通信提供的TestCenter测试仪测试了每一路流量中每个帧的延迟，看到所有流量的延迟结果都保持一致。许多较新的交换机使用了分布式架构，其特点是交换机模块上的端口间延迟很低，但是流量跨交换机背板时的延迟较高。

交换机在全部384个端口采用全网状模式（Fully Meshed）传输单播流量（短帧）进行测试时，延迟平均约6.5微秒；传输组播流量时，测试的383个端口都接入到同样的1000个组播组，平均延迟为7.9微秒。在几种测试环境下，我们得到的平均延迟和最大延迟均保持一致。在不同的单播测试环境下，延迟数据也会略有变化，这表明交换机用硬件以同样的方式来处理所有流量。更重要的是，对大型模块化千兆以太网交换机而言，这款产品的转发延迟处于相对较低的水平。

尽管Catalyst 4500传输流量时延迟不大，但其结构在某些情况下会造成阻塞。新的Supervisor 7-E模块与之前的Supervisor 6-E一样，处理极限是每秒2.5亿个数据帧。所以，384个千兆以太网端口中只有167个端口拥有无阻塞性能。如果384个端口全部处于满负载状态，处理64字节帧时，系统吞吐量只有线速的43.7%左右。若是组播流量，结果还要再低些，64字节帧时的吞吐量大约只有线速的38.5%。

诚然，没有哪个生产型网络在多达384个千兆端口上只出现短帧。但64字节帧很常见（比如TCP确认报文），每丢失一个帧，都会导致应用性能下降。考虑到商业化的交换芯片（组）问世已有10年之久，现在仍能看到存在性能瓶颈的新交换机产品是否让人觉得不可思议？

我们还测试了256字节帧、1518字节帧和9216字节巨型帧时的吞吐量。在IPv6测试场景下将64字节的帧换成了78字节的帧，因为这是能够适应测试仪所用的签名字段的最短长度的帧。让人欣慰的是，无论是单播流量还是组播流量，Catalyst 4500的全部384个千兆以太网端口都能够做到线速转发。不过遗憾的是，Supervisor 7-E模块据称能够支持多达96个万兆以太网端口，而Supervisor 6-E仅能支持30个，我们没能对此进行测试。

Catalyst 4500支持的另一个关键技术是ISSU/ISSD，即运行中软件升降级。该技术允许用户在运行中升级或降级系统软件，而基本不会影响到业务流量。在这个测试项中，工程师使用思博伦TestCenter测试仪在全网状模式下以线速向交换机发送256字节帧。流量传输过程中，将系统软件升级到新版本，从测试结束时的帧丢失情况统计得到升级时间，再重复进行测试，将系统降级到原始版本，得到降级所需时间。实际测试结果表明，在所有端口都在线速转发流量时，升/降级软件版本需要 30.5毫秒左右的时间，远低于思科声称的50毫秒。

最后我们测试了该产品的MAC地址容量，工程师在交换机的三个端口上进行符合RFC 2889规范要求的测试，以确定交换机在没有泛洪的情况下，能够识别的最大MAC地址数量。Catalyst 4500成功识别了5.5万个MAC地址，应该可以满足大多数使用虚拟化技术的企业数据中心的需要。

整体看来，这款产品在性能方面还是堪当大用的。细节方面，Catalyst 4500与思科其他的交换机产品一样，也支持一长串的交换、路由、安全和管理相关的功能。对于长期关注技术发展的网络管理者们来说，新的电源管理功能是非常值得关注并且非常值得尝试的特性。就这样，久负盛名的Catalyst 4500不再仅仅是一款以太网交换机，也成为了电力分配与管理的新角色。