線速轉發與交換容量如何解讀規格表？

交換機規格表上經常出現「線速轉發（Wire-speed）」、「交換容量（Switching Capacity）」與「轉發速率（Forwarding Rate，以Mpps為單位）」等字眼，三者從不同角度描述同一個問題：這台交換機在所有埠同時滿載時，會否成為網絡的瓶頸。本頁講解這些指標的定義、64位元組包基準的計算方式，以及選型時應如何解讀。

線速轉發（Wire-speed）：處理能力追得上連線速度

線速轉發是指交換機的內部處理能力，足以應付所有埠同時以其實體連線速率收發流量，而不會因為交換機本身處理不及而額外造成延遲或丟包。做到這一點的交換機，其效能瓶頸只在於外部連線本身的頻寬，而非交換機內部的晶片運算能力，業界亦稱之為「非阻塞式（Non-blocking）」設計。

並非所有交換機都做到全部埠同時線速。部分入門或高埠數型號，在少數埠使用時完全達到線速，但當全部埠同時滿載，內部交換矩陣或處理晶片的總處理能力未必應付得來，此時便會出現額外延遲甚至丟包，這種設計稱為「阻塞式（Blocking）」。規格表上的交換容量與轉發速率，正是用來判斷一台交換機屬於哪一類的關鍵數字。

交換容量與轉發速率：兩個角度的量度

指標單位描述角度反映甚麼
交換容量（Switching Capacity / 背板頻寬）Gbps 或 Tbps位元流量吞吐上限交換矩陣總處理頻寬能否應付所有埠同時線速的總流量
轉發速率（Forwarding Rate）Mpps（每秒百萬封包）封包數量處理上限處理晶片每秒能查表、決策並轉發多少個封包

兩者需要同時達標才算真正線速：交換容量足夠但轉發速率不足，遇上大量小封包（例如VoIP語音、監控告警訊號）時仍會處理不來；轉發速率足夠但交換容量不足，遇上大檔案傳輸等大封包流量時同樣會出現瓶頸。因此正式的線速規格，理應同時列出這兩項數字並註明測試條件。

為何以64位元組小包作為測試基準

64位元組是乙太網標準規定的最小幀長度。在相同的線路頻寬下，封包越細，單位時間內需要處理的封包數量便越多，對交換機的處理晶片是最嚴苛的考驗。因此業界普遍以64位元組小包的轉發速率，作為衡量交換機是否真正線速的基準測試條件——若在最嚴苛的小包情境下都能達到線速，其他封包大小組合自然不成問題。

  1. 幀本身——64位元組資料幀（包含目的地址、來源地址、類型／長度、資料、幀檢查序列）。
  2. 加上前導碼與幀起始符——乙太網標準規定每個幀前面附加8位元組（7位元組前導碼＋1位元組幀起始符），令傳輸總量增至72位元組。
  3. 加上幀間隙（IFG）——乙太網標準規定的最小幀間隙為96位元（即12位元組），令每個幀在線路上實際佔用的時間相當於84位元組（672位元）。
  4. 換算成封包速率——以1000Mbps（1Gbps）線路為例：每秒可傳送1,000,000,000位元，除以每個幀佔用的672位元，得出約每秒1,488,095個封包，即約1.488 Mpps，這是千兆乙太網單一埠在64位元組包下線速轉發的理論上限。
  5. 按埠數換算全機所需值——一台交換機若有多個千兆埠，全部埠同時線速所需的總轉發速率，即為單埠數值乘以埠數；核對規格表時應以此推算所需的最低Mpps。

選型時如何解讀規格表上的這兩項數字

先算所需交換容量

把交換機所有埠的線速頻寬相加，即為全埠同時線速所需的最低交換容量，對照規格表數字是否達標甚至有餘量。

再算所需轉發速率

按64位元組基準換算每埠的Mpps上限，乘以埠數，對照規格表列出的轉發速率是否足夠。

留意測試條件標示

部分規格表僅以較大封包測試，未必反映小包密集流量下的真實表現，應留意廠商是否註明64位元組測試基準。

按應用場景取捨

骨幹或匯聚層交換機、承載大量監控與語音流量的環境，應盡量選用線速或接近線速型號；一般接入層設備使用率較低的場合，非線速設計未必造成實際影響。

交換機的上行埠速度規劃亦與轉發能力息息相關，可參考交換機上行速度應如何按 1G、2.5G、10G 及 25G 規劃？；埠數容量的整體規劃則可參考交換機端口容量應如何按攝影機、AP、電話及門禁設備規劃？。

權威資料依據

本文核對資料：Wikipedia：Interpacket gap；Wikipedia：Ethernet frame；IEEE 802.3。

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常見問題

線速轉發（Wire-speed）具體是甚麼意思？
線速轉發是指交換機的轉發能力足以應付所有埠同時以其實體連線速率收發流量，不會因交換機內部處理能力不足而額外丟包或延遲。換句話說，交換機的瓶頸只在於連線本身的頻寬，而不在於交換機的處理晶片。並非所有交換機都做到全部埠同時線速，部分入門型號在所有埠同時滿載時會出現內部瓶頸，這正是交換容量規格要交代的重點。
交換容量（Switching Capacity）與轉發速率（Forwarding Rate）有何分別？
交換容量（又稱背板頻寬）以Gbps或Tbps表示，代表交換機內部交換矩陣的總處理能力上限；轉發速率以Mpps（每秒百萬包）表示，代表交換機每秒能夠處理的封包數量上限。兩者從不同角度描述同一個問題：交換容量看重的是位元流量的吞吐上限，轉發速率看重的是封包數量的處理上限。由於小封包在同樣頻寬下數量更多，轉發速率一般以64位元組的最小乙太網幀作為最嚴苛的測試基準。
為何轉發速率要用64位元組小包做基準？
因為64位元組是乙太網標準規定的最小幀長度，在相同頻寬下，封包越細所需處理的封包數量便越多，對交換機處理晶片是最大的負擔。若交換機在64位元組小包測試下都能達到線速，代表在實際環境中無論封包大小如何混合，都不會因為封包數量過多而出現處理瓶頸；相反若只用較大的封包（例如1518位元組）測試，就算標稱達到線速，也未必反映小包密集流量下的真實表現。
以千兆（Gigabit）為例，64位元組包的線速轉發速率大約是多少？
以標準乙太網幀結構計算：64位元組資料幀加上8位元組前導碼與幀起始符，再加上96位元（相等於12位元組）的幀間隙，合共84位元組即672位元。在1000Mbps（1Gbps）的線路上，每秒可傳送的位元數除以每個幀所佔的672位元，即約1,488,095個封包每秒，業界通常簡化標示為約1.488 Mpps。這是千兆乙太網單一埠在64位元組包下線速轉發的理論上限，一台交換機若有多個千兆埠，全埠線速所需的總轉發速率即為單埠數值乘以埠數。
選型時應該如何解讀規格表上這兩項數字？
應該先計算自己的網絡在最壞情況下需要多少交換容量與轉發速率：把交換機所有埠的線速頻寬相加得出所需交換容量，並按64位元組基準換算所需的Mpps，然後對照規格表上的數字是否達標或有餘量。若交換容量或轉發速率明顯低於全埠線速所需的理論值，代表這台交換機屬於「非線速」或「阻塞式」設計，在所有埠同時滿載的極端情況下會出現額外延遲或丟包，一般辦公或監控應用未必經常觸及此上限，但骨幹或匯聚層交換機應盡量選用線速或接近線速的型號。

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