交換機級聯(lián)、堆疊、集群技術(shù)介紹

交換機級聯(lián)、堆疊、集群技術(shù)介紹交換機級聯(lián)、堆疊、集群技術(shù)介紹交換機級聯(lián)、堆疊、集群技術(shù)介紹xxx公司交換機級聯(lián)、堆疊、集群技術(shù)介紹文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設計，管理制度交換機級聯(lián)、堆疊、集群技術(shù)介紹最簡單的局域網(wǎng)(LAN)通常由一臺集線器(或交換機)和若干臺微機組成。隨著計算機數(shù)量的增加、網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，在越來越多的局域網(wǎng)環(huán)境中，交換機取代了集線器，多臺交換機互連取代了單臺交換機。

在多交換機的局域網(wǎng)環(huán)境中，交換機的級聯(lián)、堆疊和集群是3種重要的技術(shù)。級聯(lián)技術(shù)可以實現(xiàn)多臺交換機之間的互連；堆疊技術(shù)可以將多臺交換機組成一個單元，從而提高更大的端口密度和更高的性能；集群技術(shù)可以將相互連接的多臺交換機作為一個邏輯設備進行管理，從而大大降低了網(wǎng)絡管理成本，簡化管理操作。

考慮到局域網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，因此本文提高的局域網(wǎng)，如無特別指出均指10BaseT、100BaseT(F)、1000BaseT(F)的交換式以太網(wǎng)。

一、級聯(lián)級聯(lián)可以定義為兩臺或兩臺以上的交換機通過一定的方式相互連接。根據(jù)需要，多臺交換機可以以多種方式進行級聯(lián)。在較大的局域網(wǎng)例如園區(qū)網(wǎng)(校園網(wǎng))中，多臺交換機按照性能和用途一般形成總線型、樹型或星型的級聯(lián)結(jié)構(gòu)。城域網(wǎng)是交換機級聯(lián)的極好例子。目前各地電信部門已經(jīng)建成了許多市地級的寬帶IP城域網(wǎng)。這些寬帶城域網(wǎng)自上向下一般分為3個層次：核心層、匯聚層、接入層。核心層一般采用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，匯聚層采用1000M/100M以太網(wǎng)技術(shù)，接入層采用100M/10M以太網(wǎng)技術(shù)，所謂"千兆到大樓，百兆到樓層，十兆到桌面"。這種結(jié)構(gòu)的寬帶城域網(wǎng)實際上就是由各層次的許多臺交換機級聯(lián)而成的。核心交換機(或路由器)下連若干臺匯聚交換機，匯聚交換機下聯(lián)若干臺小區(qū)中心交換機，小區(qū)中心交換機下連若干臺樓宇交換機，樓宇交換機下連若干臺樓層(或單元)交換機(或集線器)。交換機間一般是通過普通用戶端口進行級聯(lián)，有些交換機則提供了專門的級聯(lián)端口(UplinkPort)。這兩種端口的區(qū)別僅僅在于普通端口符合MDI標準，而級聯(lián)端口(或稱上行口)符合MDIX標準。由此導致了兩種方式下接線方式度不同：當兩臺交換機都通過普通端口級聯(lián)時，端口間電纜采用直通電纜(StraightThrourhCable)；當且僅當中一臺通過級聯(lián)端口時，采用交叉電纜(CrossoverCable)。

為了方便進行級聯(lián)，某些交換機上提供一個兩用端口，可以通過開關或管理軟件將其設置為MDI或MDIX方式。更進一步，某些交換機上全部或部分端口具有MDI/MDIX自校準功能，可以自動區(qū)分網(wǎng)線類型，進行級聯(lián)時更加方便。

用交換機進行級聯(lián)時要注意以下幾個問題。原則上任何廠家、任何型號的以太網(wǎng)交換機均可進行級聯(lián)，但也不排除一些特殊情況下兩臺交換機無法進行級聯(lián)。交換機間級聯(lián)的層數(shù)是有一定限度的。成功實現(xiàn)級聯(lián)的最根本原則就是任意兩站點之間的距離不能超過媒體段的最大跨度。多臺交換機級聯(lián)時，應保證它們都支持生成樹(Spanning-Tree）協(xié)議，既要防止網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)環(huán)路，又要允許冗余鏈路存在。

進行級聯(lián)時，應該盡力保證交換機間中繼鏈路具有足夠的帶寬，為此可采用全雙工技術(shù)和鏈路匯聚技術(shù)。交換機端口采用全雙工技術(shù)后，不但相應端口的吞吐量加倍，而且交換機間中繼距離大大增加，使得異地分布、距離較遠的多臺交換機級聯(lián)成為可能。鏈路匯聚也叫端口匯聚、端口捆綁、鏈路擴容組合，由標準定義。即兩臺設備之間通過兩個以上的同種類型的端口并進行連接，同時傳輸數(shù)據(jù)，以便提供更高的帶寬、更好的冗余度以及實現(xiàn)負載均衡。鏈路匯聚技術(shù)不但可以提供交換機間的高速連接，還可以為交換機和服務器之間的連接提供高速通道。需要注意的是，并非所有類型的交換機都支持這兩種技術(shù)。

二、堆疊

堆疊是指將一臺以上的交換機組合起來共同工作，以便在有限的空間內(nèi)提供盡可能多的端口。多臺交換機經(jīng)過堆疊形成一個堆疊單元?？啥询B的交換機性能指標中有一個"最大可堆疊數(shù)"的參數(shù)，它是指一個堆疊單元中所能堆疊的最大交換機數(shù)，代表一個堆疊單元中所能提供的最大端口密度。堆疊與級聯(lián)這兩個概念既有區(qū)別又有聯(lián)系。堆疊可以看作是級聯(lián)的一種特殊形勢。它們的不同之處在于：級聯(lián)的交換機之間可以相距很遠(在媒體許可范圍內(nèi))，而一個堆疊單元內(nèi)的多臺交換機之間的距離非常近，一般不超過幾米；級聯(lián)一般采用普通端口，而堆疊一般采用專用的堆疊模塊和堆疊電纜。一般來說，不同廠家、不同型號的交換機可以互相級聯(lián)，堆疊則不同，它必須在可堆疊的同類型交換機(至少應該是同一廠家的交換機)之間進行；級聯(lián)僅僅是交換機之間的簡單連接，堆疊則是將整個堆疊單元作為一臺交換機來使用，這不但意味著端口密度的增加，而且意味著系統(tǒng)帶寬的加寬。目前，市場上的主流交換機可以細分為可堆疊型和非堆疊型兩大類。而號稱可以堆疊的交換機中，又有虛擬堆疊和真正堆疊之分。所謂的虛擬堆疊，實際就是交換機之間的級聯(lián)。交換機并不是通過專用堆疊模塊和堆疊電纜，而是通過FastEthernet端口或GigaEthernet端口進行堆疊，實際上這是一種變相的級聯(lián)。即便如此，虛擬堆疊的多臺交換機在網(wǎng)絡中已經(jīng)可以作為一個邏輯設備進行管理，從而使網(wǎng)絡管理變得簡單起來。

真正意義上的堆疊應該滿足：采用專用堆疊模塊和堆疊總線進行堆疊，不占用網(wǎng)絡端口；多臺交換機堆疊后，具有足夠的系統(tǒng)帶寬，從而保證堆疊后每個端口仍能達到線速交換；多臺交換機堆疊后，VLAN等功能不受影響。

目前市場上有相當一部分可堆疊的交換機屬于虛擬堆疊類型而非真正堆疊類型。很顯然，真正意義上的堆疊比虛擬堆疊在性能上要高出許多，但采用虛擬堆疊至少有兩個好處：虛擬堆疊往往采用標準FastEthernet或GigaEthernet作為堆疊總線，易于實現(xiàn)，成本較低；堆疊端口可以作為普通端口使用，有利于保護用戶投資。采用標準FastEthernet或GigaEthernet端口實現(xiàn)虛擬堆疊，可以大大延伸堆疊的范圍，使得堆疊不再局限于一個機柜之內(nèi)。

堆疊可以大大提高交換機端口密度和性能。堆疊單元具有足以匹敵大型機架式交換機的端口密度和性能，而投資卻比機架式交換機便宜得多，實現(xiàn)起來也靈活得多。這就是堆疊得優(yōu)勢所在。

機架式交換機可以說是堆疊發(fā)展到更高階段得產(chǎn)物。機架式交換機一般屬于部門以上級別得交換機，它有多個插槽，端口密度大，支持多種網(wǎng)絡類型，擴展性較好，處理能力強，但價格昂貴。

三、集群所謂集群，就是將多臺互相連接(級聯(lián)或堆疊)的交換機作為一臺邏輯設備進行管理。集群中，一般只有一臺起管理作用的交換機，稱為命令交換機，它可以管理若干臺其他交換機。在網(wǎng)絡中，這些交換機只需要占用一個IP地址(僅命令交換機需要)，節(jié)約了寶貴的IP地址。在命令交換機統(tǒng)一管理下，集群中多臺交換機協(xié)同工作，大大降低管理強度。例如，管理員只需要通過命令交換機就可以對集群中所有交換機進行版本升級。集群技術(shù)給網(wǎng)絡管理工作帶來的好處是毋庸置疑的。但要使用這項技術(shù)，應當注意到，不同廠家對集群有不同的實現(xiàn)方案，一般廠家都是采用專有協(xié)議實現(xiàn)集群的。這就決定了集群技術(shù)有其局限性。不同廠家的交換機可以級聯(lián)，但不能集群。即使同一廠家的交換機，也只有指定的型號才能實現(xiàn)集群。如CISCO3500XL系列就只能與1900、2800、2900XL系列實現(xiàn)集群。交換機的級聯(lián)、堆疊、集群這3種技術(shù)既有區(qū)別又有聯(lián)系。級聯(lián)和堆疊是實現(xiàn)集群的前提，集群是級聯(lián)和堆疊的目的；級聯(lián)和堆疊是基于硬件實現(xiàn)的；集群是基于軟件實現(xiàn)的；級聯(lián)和堆疊有時很相似(尤其是級聯(lián)和虛擬堆疊)，有時則差別很大(級聯(lián)和真正的堆疊)。隨著局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的發(fā)展，上述三種技術(shù)必將得到越來越廣泛的應用。網(wǎng)絡交換機設備的級聯(lián)(圖解)雙絞線端口的級聯(lián)級聯(lián)既可使用普通端口也可使用特殊的MDI-II端口。當相互級聯(lián)的兩個端口分別為普通端口（即MDI-X）端口和MDI-II端口時，應當使用直通電纜。當相互級聯(lián)的兩個端口均為普通端口（即MDI-X）或均為MDI-II端口時，則應當使用交叉電纜。

無論是10Base-T以太網(wǎng)、100Base-TX快速以太網(wǎng)還是1000Base-T千兆以太網(wǎng)，級聯(lián)交換機所使用的電纜長度均可達到100米，這個長度與交換機到計算機之間長度完全相同。因此，級聯(lián)除了能夠擴充端口數(shù)量外，另外一個用途就是快速延伸網(wǎng)絡直徑。當有4臺交換機級聯(lián)時，網(wǎng)絡跨度就可以達到500米。這樣的距離對于位于同一座建筑物內(nèi)的小型網(wǎng)絡而言已經(jīng)足夠了！1．使用Uplink端口級聯(lián)現(xiàn)在，越來越多交換機（Cisco交換機除外）提供了Uplink端口（如圖1所示），使得交換機之間的連接變得更加簡單。圖1Uplink端口Uplink端口是專門用于與其他交換機連接的端口，可利用直通跳線將該端口連接至其他交換機的除Uplink端口外的任意端口（如圖2所示），這種連接方式跟計算機與交換機之間的連接完全相同。需要注意的是，有些品牌的交換機（如3Com）使用一個普通端口兼作Uplink端口，并利用一個開關（MDI/MDI-X轉(zhuǎn)換開關）在兩種類型間進行切換。圖2利用交叉線通過普通端口級聯(lián)交換機光纖端口的級聯(lián)由于光纖端口的價格仍然非常昂貴，所以，光纖主要被用于核心交換機和骨干交換機之間連接，或被用于骨干交換機之間的級聯(lián)。需要注意的是，光纖端口均沒有堆疊的能力，只能被用于級聯(lián)。1．光纖跳線的交叉連接所有交換機的光纖端口都是2個，分別是一發(fā)一收。當然，光纖跳線也必須是2根，否則端口之間將無法進行通訊。當交換機通過光纖端口級聯(lián)時，必須將光纖跳線兩端的收發(fā)對調(diào)，當一端接“收”時，另一端接“發(fā)”。同理，當一端接“發(fā)”時，另一端接“收”（如圖4所示）。令人欣慰的是，CiscoGBIC光纖模塊都標記有收發(fā)標志，左側(cè)向內(nèi)的箭頭表示“收”，右側(cè)向外的箭頭表示“發(fā)”。如果光纖跳線的兩端均連接“收”或“發(fā)”，則該端口的LED指示燈不亮，表示該連接為失敗。只有當光纖端口連接成功后，LED指示燈才轉(zhuǎn)為綠色。圖3光纖端口的級聯(lián)同樣，當骨干交換機連接至核心交換機時，光纖的收發(fā)端口之間也必須交叉連接（如圖所示）。圖4核心交換機與骨干交換機的連接2．光纖跳線及光纖端口類型光纖跳線分為單模光纖和多模光纖。交換機光纖端口、跳線都必須與綜合布線時使用的光纖類型相一致，也就是說，如果綜合布線時使用的多模光纖，那么，交換機的光纖接口就必須執(zhí)行1000Base-SX標準，也必須使用多模光纖跳線；如果綜合布線時使用的單模光纖，那么，交換機的光纖接口就必須執(zhí)行1000Base-LX/LH標準，也必須使用單模光纖跳線。

需要注意的是，多模光纖有兩種類型，即125μm和50/125μm。雖然交換機的光纖端口完全相同，而且兩者也都執(zhí)行1000Base-SX標準，但光纖跳線的芯徑必須與光纜的芯徑完全相同，否則，將導致連通性故障。另外，相互連接的光纖端口的類型必須完全相同，或者均為多模光纖端口，或者均為單模光纖端口。一端