交換機(jī)級(jí)聯(lián)、堆疊、集群技術(shù)介紹

1、交換機(jī)級(jí)聯(lián)、堆疊、集群技術(shù)介紹 最簡(jiǎn)單的局域網(wǎng)(LAN)通常由一臺(tái)集線器(或交換機(jī))和若干臺(tái)微機(jī)組成。隨著計(jì)算機(jī)數(shù)量的增加、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，在越來(lái)越多的局域網(wǎng)環(huán)境中，交換機(jī)取代了集線器，多臺(tái)交換機(jī)互連取代了單臺(tái)交換機(jī)。 在多交換機(jī)的局域網(wǎng)環(huán)境中，交換機(jī)的級(jí)聯(lián)、堆疊和集群是3種重要的技術(shù)。級(jí)聯(lián)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)交換機(jī)之間的互連；堆疊技術(shù)可以將多臺(tái)交換機(jī)組成一個(gè)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(tái)交換機(jī)作為一個(gè)邏輯設(shè)備進(jìn)行管理，從而大大降低了網(wǎng)絡(luò)管理成本，簡(jiǎn)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(wú)特別指出均指10BaseT、100BaseT(

2、F)、1000BaseT(F)的交換式以太網(wǎng)。 一、級(jí)聯(lián) 級(jí)聯(lián)可以定義為兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的交換機(jī)通過一定的方式相互連接。根據(jù)需要，多臺(tái)交換機(jī)可以以多種方式進(jìn)行級(jí)聯(lián)。在較大的局域網(wǎng)例如園區(qū)網(wǎng)(校園網(wǎng))中，多臺(tái)交換機(jī)按照性能和用途一般形成總線型、樹型或星型的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。 城域網(wǎng)是交換機(jī)級(jí)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(jí)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(gè)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

3、帶城域網(wǎng)實(shí)際上就是由各層次的許多臺(tái)交換機(jī)級(jí)聯(lián)而成的。核心交換機(jī)(或路由器)下連若干臺(tái)匯聚交換機(jī)，匯聚交換機(jī)下聯(lián)若干臺(tái)小區(qū)中心交換機(jī)，小區(qū)中心交換機(jī)下連若干臺(tái)樓宇交換機(jī)，樓宇交換機(jī)下連若干臺(tái)樓層(或單元)交換機(jī)(或集線器)。 交換機(jī)間一般是通過普通用戶端口進(jìn)行級(jí)聯(lián)，有些交換機(jī)則提供了專門的級(jí)聯(lián)端口(Uplink Port)。這兩種端口的區(qū)別僅僅在于普通端口符合MDI標(biāo)準(zhǔn)，而級(jí)聯(lián)端口(或稱上行口)符合MDIX標(biāo)準(zhǔn)。由此導(dǎo)致了兩種方式下接線方式度不同：當(dāng)兩臺(tái)交換機(jī)都通過普通端口級(jí)聯(lián)時(shí)，端口間電纜采用直通電纜(Straight Throurh Cable)；當(dāng)且僅當(dāng)中一臺(tái)通過級(jí)聯(lián)端口時(shí)，采用交叉電纜(

4、Crossover Cable)。 為了方便進(jìn)行級(jí)聯(lián)，某些交換機(jī)上提供一個(gè)兩用端口，可以通過開關(guān)或管理軟件將其設(shè)置為MDI或MDIX方式。更進(jìn)一步，某些交換機(jī)上全部或部分端口具有MDI/MDIX自校準(zhǔn)功能，可以自動(dòng)區(qū)分網(wǎng)線類型，進(jìn)行級(jí)聯(lián)時(shí)更加方便。用交換機(jī)進(jìn)行級(jí)聯(lián)時(shí)要注意以下幾個(gè)問題。原則上任何廠家、任何型號(hào)的以太網(wǎng)交換機(jī)均可進(jìn)行級(jí)聯(lián)，但也不排除一些特殊情況下兩臺(tái)交換機(jī)無(wú)法進(jìn)行級(jí)聯(lián)。交換機(jī)間級(jí)聯(lián)的層數(shù)是有一定限度的。成功實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)的最根本原則就是任意兩站點(diǎn)之間的距離不能超過媒體段的最大跨度。多臺(tái)交換機(jī)級(jí)聯(lián)時(shí)，應(yīng)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

5、冗余鏈路存在。 進(jìn)行級(jí)聯(lián)時(shí)，應(yīng)該盡力保證交換機(jī)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(jī)端口采用全雙工技術(shù)后，不但相應(yīng)端口的吞吐量加倍，而且交換機(jī)間中繼距離大大增加，使得異地分布、距離較遠(yuǎn)的多臺(tái)交換機(jī)級(jí)聯(lián)成為可能。鏈路匯聚也叫端口匯聚、端口捆綁、鏈路擴(kuò)容組合，由IEEE802.3ad標(biāo)準(zhǔn)定義。即兩臺(tái)設(shè)備之間通過兩個(gè)以上的同種類型的端口并進(jìn)行連接，同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，以便提供更高的帶寬、更好的冗余度以及實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。鏈路匯聚技術(shù)不但可以提供交換機(jī)間的高速連接，還可以為交換機(jī)和服務(wù)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(jī)都支持這兩種技術(shù)。 二、堆疊 堆疊是指

6、將一臺(tái)以上的交換機(jī)組合起來(lái)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(tái)交換機(jī)經(jīng)過堆疊形成一個(gè)堆疊單元。可堆疊的交換機(jī)性能指標(biāo)中有一個(gè)"最大可堆疊數(shù)"的參數(shù)，它是指一個(gè)堆疊單元中所能堆疊的最大交換機(jī)數(shù)，代表一個(gè)堆疊單元中所能提供的最大端口密度。 堆疊與級(jí)聯(lián)這兩個(gè)概念既有區(qū)別又有聯(lián)系。堆疊可以看作是級(jí)聯(lián)的一種特殊形勢(shì)。它們的不同之處在于：級(jí)聯(lián)的交換機(jī)之間可以相距很遠(yuǎn)(在媒體許可范圍內(nèi))，而一個(gè)堆疊單元內(nèi)的多臺(tái)交換機(jī)之間的距離非常近，一般不超過幾米；級(jí)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(lái)說(shuō)，不同廠家、不同型號(hào)的交換機(jī)可以互相級(jí)聯(lián)，堆疊則不同，

7、它必須在可堆疊的同類型交換機(jī)(至少應(yīng)該是同一廠家的交換機(jī))之間進(jìn)行；級(jí)聯(lián)僅僅是交換機(jī)之間的簡(jiǎn)單連接，堆疊則是將整個(gè)堆疊單元作為一臺(tái)交換機(jī)來(lái)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(chǎng)上的主流交換機(jī)可以細(xì)分為可堆疊型和非堆疊型兩大類。而號(hào)稱可以堆疊的交換機(jī)中，又有虛擬堆疊和真正堆疊之分。所謂的虛擬堆疊，實(shí)際就是交換機(jī)之間的級(jí)聯(lián)。交換機(jī)并不是通過專用堆疊模塊和堆疊電纜，而是通過Fast Ethernet端口或Giga Ethernet端口進(jìn)行堆疊，實(shí)際上這是一種變相的級(jí)聯(lián)。即便如此，虛擬堆疊的多臺(tái)交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)可以作為一個(gè)邏輯設(shè)備進(jìn)行管理，從而使網(wǎng)絡(luò)管理變得簡(jiǎn)單起來(lái)

8、。 真正意義上的堆疊應(yīng)該滿足：采用專用堆疊模塊和堆疊總線進(jìn)行堆疊，不占用網(wǎng)絡(luò)端口；多臺(tái)交換機(jī)堆疊后，具有足夠的系統(tǒng)帶寬，從而保證堆疊后每個(gè)端口仍能達(dá)到線速交換；多臺(tái)交換機(jī)堆疊后，VLAN等功能不受影響。 目前市場(chǎng)上有相當(dāng)一部分可堆疊的交換機(jī)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(gè)好處：虛擬堆疊往往采用標(biāo)準(zhǔn)Fast Ethernet或Giga Ethernet作為堆疊總線，易于實(shí)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(hù)用戶投資。采用標(biāo)準(zhǔn)Fast Ethernet或Giga Ethernet端口實(shí)現(xiàn)虛擬堆疊，可以

9、大大延伸堆疊的范圍，使得堆疊不再局限于一個(gè)機(jī)柜之內(nèi)。 堆疊可以大大提高交換機(jī)端口密度和性能。堆疊單元具有足以匹敵大型機(jī)架式交換機(jī)的端口密度和性能，而投資卻比機(jī)架式交換機(jī)便宜得多，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也靈活得多。這就是堆疊得優(yōu)勢(shì)所在。 機(jī)架式交換機(jī)可以說(shuō)是堆疊發(fā)展到更高階段得產(chǎn)物。機(jī)架式交換機(jī)一般屬于部門以上級(jí)別得交換機(jī)，它有多個(gè)插槽，端口密度大，支持多種網(wǎng)絡(luò)類型，擴(kuò)展性較好，處理能力強(qiáng)，但價(jià)格昂貴。 三、集群 所謂集群，就是將多臺(tái)互相連接(級(jí)聯(lián)或堆疊)的交換機(jī)作為一臺(tái)邏輯設(shè)備進(jìn)行管理。集群中，一般只有一臺(tái)起管理作用的交換機(jī)，稱為命令交換機(jī)，它可以管理若干臺(tái)其他交換機(jī)。在網(wǎng)絡(luò)中，這些交換機(jī)只需要占用一個(gè)IP

10、地址(僅命令交換機(jī)需要)，節(jié)約了寶貴的IP地址。在命令交換機(jī)統(tǒng)一管理下，集群中多臺(tái)交換機(jī)協(xié)同工作，大大降低管理強(qiáng)度。例如，管理員只需要通過命令交換機(jī)就可以對(duì)集群中所有交換機(jī)進(jìn)行版本升級(jí)。 集群技術(shù)給網(wǎng)絡(luò)管理工作帶來(lái)的好處是毋庸置疑的。但要使用這項(xiàng)技術(shù)，應(yīng)當(dāng)注意到，不同廠家對(duì)集群有不同的實(shí)現(xiàn)方案，一般廠家都是采用專有協(xié)議實(shí)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(jī)可以級(jí)聯(lián)，但不能集群。即使同一廠家的交換機(jī)，也只有指定的型號(hào)才能實(shí)現(xiàn)集群。如CISCO 3500XL 系列就只能與1900、 2800 、2900XL系列實(shí)現(xiàn)集群。交換機(jī)的級(jí)聯(lián)、堆疊、集群這3種技術(shù)既有區(qū)別又有聯(lián)系。級(jí)聯(lián)和

11、堆疊是實(shí)現(xiàn)集群的前提，集群是級(jí)聯(lián)和堆疊的目的；級(jí)聯(lián)和堆疊是基于硬件實(shí)現(xiàn)的；集群是基于軟件實(shí)現(xiàn)的；級(jí)聯(lián)和堆疊有時(shí)很相似(尤其是級(jí)聯(lián)和虛擬堆疊)，有時(shí)則差別很大(級(jí)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(lái)越廣泛的應(yīng)用。 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)備的級(jí)聯(lián)(圖解)一、 雙絞線端口的級(jí)聯(lián) 級(jí)聯(lián)既可使用普通端口也可使用特殊的MDI-II端口。當(dāng)相互級(jí)聯(lián)的兩個(gè)端口分別為普通端口（即MDI-X）端口和MDI-II端口時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用直通電纜。當(dāng)相互級(jí)聯(lián)的兩個(gè)端口均為普通端口（即MDI-X）或均為MDI-II端口時(shí)，則應(yīng)當(dāng)使用交叉電纜。無(wú)論是10Base-T以太網(wǎng)、100Base-TX快速以太網(wǎng)還是

12、1000Base-T千兆以太網(wǎng)，級(jí)聯(lián)交換機(jī)所使用的電纜長(zhǎng)度均可達(dá)到100米，這個(gè)長(zhǎng)度與交換機(jī)到計(jì)算機(jī)之間長(zhǎng)度完全相同。因此，級(jí)聯(lián)除了能夠擴(kuò)充端口數(shù)量外，另外一個(gè)用途就是快速延伸網(wǎng)絡(luò)直徑。當(dāng)有4臺(tái)交換機(jī)級(jí)聯(lián)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)跨度就可以達(dá)到500米。這樣的距離對(duì)于位于同一座建筑物內(nèi)的小型網(wǎng)絡(luò)而言已經(jīng)足夠了！ 1 使用Uplink端口級(jí)聯(lián) 現(xiàn)在，越來(lái)越多交換機(jī)（Cisco交換機(jī)除外）提供了Uplink端口（如圖1所示），使得交換機(jī)之間的連接變得更加簡(jiǎn)單。圖1 Uplink端口Uplink端口是專門用于與其他交換機(jī)連接的端口，可利用直通跳線將該端口連接至其他交換機(jī)的除Uplink端口外的任意端口（如圖2所示），

13、這種連接方式跟計(jì)算機(jī)與交換機(jī)之間的連接完全相同。需要注意的是，有些品牌的交換機(jī)（如3Com）使用一個(gè)普通端口兼作Uplink端口，并利用一個(gè)開關(guān)（MDI/MDI-X轉(zhuǎn)換開關(guān)）在兩種類型間進(jìn)行切換。圖2 利用交叉線通過普通端口級(jí)聯(lián)交換機(jī)二、 光纖端口的級(jí)聯(lián) 由于光纖端口的價(jià)格仍然非常昂貴，所以，光纖主要被用于核心交換機(jī)和骨干交換機(jī)之間連接，或被用于骨干交換機(jī)之間的級(jí)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(jí)聯(lián)。1 光纖跳線的交叉連接 所有交換機(jī)的光纖端口都是2個(gè)，分別是一發(fā)一收。當(dāng)然，光纖跳線也必須是2根，否則端口之間將無(wú)法進(jìn)行通訊。當(dāng)交換機(jī)通過光纖端口級(jí)聯(lián)時(shí)，必須將光纖跳線兩端的

14、收發(fā)對(duì)調(diào)，當(dāng)一端接“收”時(shí)，另一端接“發(fā)”。同理，當(dāng)一端接“發(fā)”時(shí)，另一端接“收”（如圖4所示）。令人欣慰的是，Cisco GBIC光纖模塊都標(biāo)記有收發(fā)標(biāo)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(dāng)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(jí)聯(lián)同樣，當(dāng)骨干交換機(jī)連接至核心交換機(jī)時(shí)，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(jī)與骨干交換機(jī)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(jī)光纖端口、跳線都必須與綜合布線時(shí)使用的光纖類型相一致，也就是說(shuō)，如果綜合布線時(shí)使用的多模光纖，那么，交換機(jī)的光纖接口就必須執(zhí)行1000Base-SX標(biāo)準(zhǔn)，也必須使用多模光纖跳線；如果綜合布線時(shí)使用的單模光纖，那么，交換機(jī)的光纖接口就必須執(zhí)行1000Base-LX/LH標(biāo)準(zhǔn)，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62.5/125m和50/125m。雖然交換機(jī)的光纖端口完全相同，而且兩者也都執(zhí)行1000Base-SX標(biāo)準(zhǔn)，但光纖跳線的芯徑必須與光纜的芯徑完全相同，否則，將導(dǎo)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。一端是多模光纖端