交換機級聯，堆疊，集羣技術介紹

簡單的局域網（LAN）一般由一臺集線器（或交換機）和若干臺微機組成。隨着計算機數量的增長、網絡規模的擴大，在愈來愈多的局域網環境中，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環境中，交換機的級聯、堆疊和集羣是3種重要的技術。級聯技術能夠實現多臺交換機之間的互連；堆疊技術能夠將多臺交換機組成一個單元，從而提升更大的端口密度和更高的性能；集羣技術能夠將相互鏈接的多臺交換機做爲一個邏輯設備進行管理，從而大大下降了網絡管理成本，簡化管理操做。堆疊（Stack）和級聯（Uplink）的主要目的是增長端口密度。

 

考慮到局域網的發展示狀，所以本文提到的局域網，如無特別指出均指10BaseT、100BaseT（F）、1000BaseT（F）的交換式以太網。

 

　　1、級聯

級聯能夠定義爲兩臺或兩臺以上的交換機經過必定的方式相互鏈接。根據須要，多臺交換機能夠以多種方式進行級聯。在較大的局域網例如園區網（校園網）中，多臺交換機按照性能和用途通常造成總線型、樹型或星型的級聯結構。

 

城域網是交換機級聯的極好例子。目前各地電信部門已經建成了許多市地級的寬帶IP城域網。這些寬帶城域網自上向下通常分爲3個層次：核心層、匯聚層、接入層。核心層通常採用千兆以太網技術，匯聚層採用1000M/100M以太網技術，接入層採用100M/10M以太網技術，所謂"千兆到大樓，百兆到樓層，十兆到桌面".

 

這種結構的寬帶城域網實際上就是由各層次的許多臺交換機級聯而成的。核心交換機（或路由器）下連若干臺匯聚交換機，匯聚交換機下聯若干臺小區中心交換機，小區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）。 級聯的典型拓撲以下

交換機間通常是經過普通用戶端口進行級聯，有些交換機則提供了專門的級聯端口（Uplink Port）。這兩種端口的區別僅僅在於普通端口符合MDI標準，而級聯端口（或稱上行口）符合MDIX標準。由此致使了兩種方式下接線方式度不一樣：當兩臺交換機都經過普通端口級聯時，端口間電纜採用直通電纜（Straight Throurh Cable）；當且僅當中一臺經過級聯端口時，採用交叉電纜（Crossover Cable）。

 

爲了方便進行級聯，某些交換機上提供一個兩用端口，能夠經過開關或管理軟件將其設置爲MDI或MDIX方式。更進一步，某些交換機上所有或部分端口具備MDI/MDIX自校準功能，能夠自動區分網線類型，進行級聯時更加方便。

 

用交換機進行級聯時要注意如下幾個問題。原則上任何廠家、任何型號的以太網交換機都可進行級聯，但也不排除一些特殊狀況下兩臺交換機沒法進行級聯。交換機間級聯的層數是有必定限度的。成功實現級聯的最更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。多臺交換機級聯時，應保證它們都支持生成樹（Spanning-Tree）協議，既要防止網內出現環路，又要容許冗餘鏈路存在。

 

進行級聯時，應該盡力保證交換機間中繼鏈路具備足夠的帶寬，爲此可採用全雙工技術和鏈路匯聚技術。交換機端口採用全雙工技術後，不但相應端口的吞吐量加 倍，並且交換機間中繼距離大大增長，使得異地分佈、距離較遠的多臺交換機級聯成爲可能。鏈路匯聚也叫端口匯聚、端口捆綁、鏈路擴容組合，由 IEEE802.3ad標 準定義。即兩臺設備之間經過兩個以上的同種類型的端口並進行鏈接，同時傳輸數據，以便提供更高的帶寬、更好的冗餘度以及實現負載均衡。鏈路匯聚技術不但可 以提供交換機間的高速鏈接，還能夠爲交換機和服務器之間的鏈接提供高速通道。須要注意的是，並不是全部類型的交換機都支持這兩種技術。

級聯的缺點：下層的交換機的整體速度，受限於上層交換機的端口帶寬。下級的設備只能共享較窄的出口。

須要注意的是交換機不能無限制級聯，超過必定數量的交換機進行級聯，最終會引發廣播風暴，致使網絡性能嚴重降低。級聯又分爲如下兩種：
使用普通端口級聯
       所謂普通端口就是經過交換機的某一個經常使用端口(如RJ-45端口)進行鏈接。須要注意的是，這時所用的鏈接雙絞線要用反線，便是說雙絞線的兩端要跳線(第1-3與2-6線腳對調)。

使用Uplink端口級聯

    在全部交換機端口中，都會在旁邊包含一個Uplink端口，如圖2所示。此端口是專門爲上行鏈接提供的，只需經過直通雙絞線將該端口鏈接至其餘交換機上除「Uplink端口」外的任意端口便可(注意，並非Uplink端口的相互鏈接)。

　　2、堆疊

堆疊是指將一臺以上的交換機組合起來共同工做，以便在有限的空間內提供儘量多的端口。多臺交換機通過堆疊造成一個堆疊單元。可堆疊的交換機性能指標中有一個"最大可堆疊數"的參數，它是指一個堆疊單元中所能堆疊的最大交換機數，表明一個堆疊單元中所能提供的最大端口密度。

 

堆疊與級聯這兩個概念既有區別又有聯繫。堆疊能夠看做是級聯的一種特殊形式。它們的不一樣之處在於：級聯的交換機之間能夠相距很遠（在媒體許可範圍內），而 一個堆疊單元內的多臺交換機之間的距離很是近，通常不超過幾米；級聯通常採用普通端口，而堆疊通常採用專用的堆疊模塊和堆疊電纜。通常來講，不一樣廠家、不一樣型號的交換機能夠互相級聯，堆疊則不一樣，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；級聯僅僅是交換機之間的簡單鏈接，堆疊 則是將整個堆疊單元做爲一臺交換機來使用，這不但意味着端口密度的增長，並且意味着系統帶寬的加寬。

目前，市場上的主流交換機能夠細分爲可堆疊型和非堆疊型兩大類。而號稱能夠堆疊的交換機中，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。

交換機並非經過專用堆疊模塊和堆疊電纜，而是經過Fast Ethernet端口或Giga Ethernet端口進行堆疊，實際上這是一種變相的級聯。即使如此，虛擬堆疊的多臺交換機在網絡中已經能夠做爲一個邏輯設備進行管理，從而使網絡管理變得簡單起來。

 

真正意義上的堆疊應該知足：採用專用堆疊模塊和堆疊總線進行堆疊，不佔用網絡端口；多臺交換機堆疊後，具備足夠的系統帶寬，從而保證堆疊後每一個端口仍能達到線速交換；多臺交換機堆疊後，VLAN等功能不受影響。

 

目前市場上有至關一部分可堆疊的交換機屬於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，但採用虛擬堆疊至少有兩個好處：虛擬堆疊每每採用標準Fast Ethernet或Giga Ethernet做爲堆疊總線，易於實現，成本較低；堆疊端口能夠做爲普通端口使用，有利於保護用戶投資。採用標準Fast Ethernet或Giga Ethernet端口實現虛擬堆疊，能夠大大延伸堆疊的範圍，使得堆疊再也不侷限於一個機櫃以內。

 

堆疊能夠大大提升交換機端口密度和性能。堆疊單元具備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，實現起來也靈活得多。這就是堆疊得優點所在。

 

機架式交換機能夠說是堆疊發展到更高階段得產物。機架式交換機通常屬於部門以上級別得交換機，它有多個插槽，端口密度大，支持多種網絡類型，擴展性較好，處理能力強，但價格昂貴。

 

　　3、集羣

所謂集羣，就是將多臺互相鏈接（級聯或堆疊）的交換機做爲一臺邏輯設備進行管理。集羣中，通常只有一臺起管理做用的交換機，稱爲命令交換機，它能夠管理若干臺其餘交換機。在網絡中，這些交換機只須要佔用一個IP地址（僅命令交換機須要），節約了寶貴的IP地址。在命令交換機統一管理下，集羣中多臺交換機協同工做，大大下降管理強度。例如，管理員只須要經過命令交換機就能夠對集羣中全部交換機進行版本升級。

 

集羣技術給網絡管理工做帶來的好處是毋庸置疑的。但要使用這項技術，應當注意到，不一樣廠家對集羣有不一樣的實現方案，通常廠家都是採用專有協議實現集羣的。 這就決定了集羣技術有其侷限性。不一樣廠家的交換機能夠級聯，但不能集羣。即便同一廠家的交換機，也只有指定的型號才能實現集羣。如CISCO 3500XL 系列就只能與1900、 2800 、2900XL系列實現集羣。

 

　　交換機的級聯、堆疊、集羣這3種技術既有區別又有聯繫。級聯和堆疊是實現集羣的前提，集羣是級聯和堆疊的目的；級聯和堆 疊是基於硬件實現的；集羣是基於軟件實現的；級聯和堆疊有時很類似（尤爲是級聯和虛擬堆疊），有時則差異很大（級聯和真正的堆疊）。隨着局域網和城域網的 發展，上述三種技術必將獲得愈來愈普遍的應用。 

級聯和堆疊的區別

    簡單的說：堆疊是平等關係，而級聯是上下級關係。

     堆疊實際上把每臺交換機的母板總線鏈接在一塊兒，不一樣交換機任意二端口之間的延時是相等的，就是一臺交換機的延時。而級聯就會產生比較大的延時（級聯是上下級的關係）。級聯的層次是有限制的。並且每層的性能都不一樣，最後層的性能最差。而堆疊是把全部堆疊的交換機的背板帶寬共享。例如一臺交換機的背板帶寬爲2G，那麼3臺交換機堆疊的話，每臺交換機在交換時就有6G的背板帶寬。並且堆疊是同級關係，每臺交換機的性能是同樣的。

注意

• 堆疊是有專門的堆疊接口和堆疊線的。不是uplink口！！！

• 級聯是在uplink或者普通端口鏈接的。uplink口和普通口的鏈接，區別就是用交叉線和直通線而已。

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