2018交换机网络拓扑结构比较测试研究

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　　摘要：对总线型、星型、混合型这三种交换机网络拓扑结构，选取罗杰康公司RSG2300交换机、东土公司SICOM3024交换机分别构成两套交换机模型，进行性能测试。分析结果显示：目前这两款主流交换机，在不同的组网方式下、级联台数达到10台时，均能保证性能满足变电站的通讯传输要求；并根据传输延时呈线性递增的特性，推算出了交换机的最大级联数目。
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　　分类号：F224.33 文献标识码：A-E 文章编号：2095-2104（2011）12-086―01
　　
　　
　　 近年来，随着我国电力需求快速增长，电网建设步伐不断加快，变电站内的交换机数量也随着基建、技改工程而不断增加。因此，了解变电站内交换机网络拓扑结构的通讯特性显得尤为重要。本文选取了两款常用的工业交换机，搭建星型、总线型、混合式三种网络拓扑结构进行比较检测，从中找出性能上的差异，为变电站网络拓扑结构的合理设计提供依据。
　　
　　1 变电站网络拓扑结构
　　变电站自动化系统中常用的网络拓扑结构包括总线型拓扑、环型拓扑、星型拓扑以及混合型拓扑结构。
　　1.1总线型拓扑结构
　　总线型拓扑结构网络中交换机通过其自身的级联口与前或者后交换机级联。
　　1)优点。组网方便，在实际使用中可以使用较短的连接线连接到中心交换机。
　　2)缺点。对于单总线型网络。不存在通信网络上的冗余。网络中如果其中一个连接丢失，与之下行链路相连的每个设备的连接也随之丢失。另外。对于实时性要求较高的系统，要充分考虑到系统的最大级联层数，即系统中所容许的最大延时。
　　1.2环型拓扑结构
　　环型拓扑结构在连接方面除头尾交换机相连外，与总线型结构相似。环形结构在一定程度上提供了链路上的冗余，提供了一定程度的自愈能力。但是，在实际运行中的路径并不是环路(前提是网络中的交换机必须符合诸如IEEE802．1d、IEEE 802．1w的支撑树协议)，否则将会导致一些帧在网络中不停循环传输，从而形成网络风暴，影响网络的性能。因此，符合IEEE 802．1d或者IEEE 802．1w协议的交换机在通过阻塞某些端口在逻辑上等同于总线型结构。只是在一个连接丢失时具有冗余的特点。
　　1)优点。在实际工程中组网较为简单，具有部分自愈能力。
　　2)缺点。与总线型结构类似。如果应用时间要求比较苛刻的环境，就要考虑级联时的最坏网络延时。另外，虽然IEEE 802．1w快速支撑树协议的应用大大缩短了网络的重配置时间，系统的还是会出现较长的延时。在变电站等一些实时性要求较高的领域，要谨慎使用唤醒脱坡结构。
　　1.3星型拓扑结构
　　星型拓扑结构的主交换机在网络中处于骨干交换机的地位。其他的所有交换都与其连接以形成一个拓扑结构。
　　1)优点。为用户提供了最小的网络延时。网络中属于不同交换机的任何2个设备之间通信仅仅需要两跳。
　　2)缺点。没有网络冗余，如果骨干交换机故障，则所有与其相连的交换机都将成为网络孤岛，或者如果一个上行链路故障。则与其相连的所有设备将丢失。
　　1.4混合型拓扑结构
　　混合型拓扑结构一般由星型和总线型组成．此种网络结构在骨干层采用总线网络，在其他部分采用星型结构。
　　1)优点。充分利用了星型网络的最小延时和总线型网络的组网方便的优点，在工作中能够承受不同程度的故障，而确保连接在上面的设备不会丢失。
　　2)缺点。成本较高，实际中组网较为复杂，不方便运行中的网络维护。
　　以上所述几种网络拓扑结构都是从交换机的角度出发分析网络的性能，在变电站自动化系统的实际应用中。可以通过交换机的双重配置实现网络的冗余，如双总线型、双星型等。 [1]
　　
　　2 网络拓扑结构性能测试方法
　　2.1交换机
　　使用罗杰康公司的RSG2300交换机十台、东土公司的SICOM3024交换机十台，分别构建两套测试交换机网络。
　　2.2测试仪器
　　使用SmartBits 600B交换机性能测试仪器。由一台SmartBits 600B的通讯口模拟背景流量，另一台SmartBits 600B的通讯口进行测试帧的收发，进行性能测试。
　　2.3测试方式
　　2.3.1基本测试
　　吞吐量测试：测试64字节、256字节、512字节和1518字节几种常用的以太网帧长度，从满负载开始进行测试，检测在可接受丢包率下发送和接收的最大速率。
　　传输延时测试：测试帧长为64、256、512、1518字节，分别在无丢包的传输速率下的传输延时，
　　要求传输延时  　　1台 30.2 1.7 实测
　　3台 458.1 249.3 实测
　　5台 709.5 495.6 实测
　　10台 1386.5 1113.7 实测
　　14台 1954 1602 推算数据
　　17台 1971 推算数据
　　线性公式 y=142x-34 y=123x-120
　　
　　 图二 传输延时性能曲线
　　
　　3.2.3结论
　　无论采用总线型、星型或混合型组网方式，传输延时均随着交换机级联层数增加，呈线性递增；以