交换机的级联与堆栈

网络设备连接（三）

交换机的级联与堆栈

在交换机的连接中，对于与其他网络设备的连接都简单，只需把连接相应设备和网线水晶头插入相应的端口即可。除了与其他网络设备连接外，交换机有时还需与其他交换机互连，在这种连接中，主要涉及到级联和堆叠两种技术(其实还有一种群集技术，但不常用)。这两种技术都是交换机自身的扩展技术，以满足网络性能要求的不断提高和连接距离的不断扩大。

1．交换机级联

级联扩展模式是最常见的一种端口和距离扩展方式。目前常见的交换机的级联根据交换机的端口配置情况又有两种不同的连接方式。一种是如果交换机备有“UpLink(级联)"端口，则可直接采用这个端口进行级联。不过要注意，在这种级联方式中上一层交换机所采用的仍是普通以太网端口，只是下一层交换机则要采用专门的“UpLink"端口。

这种级联方式性能比较好，因为级联端口的带宽通常是比较高的。但要注意，如果采用此种级联扩展方式，则交换机间的级联网线必须是直通线，不能采用交叉线，而且每段网线不能超过双绞线单段网线的最大长度——1 00米。

另外一种级联方式就是互连的两台交换机都是通过普通端口进行连接。如果交换机没有专门提供Uplink级联端口，那就可采用交换机的普通以太网端口进行交换机的级联，不

过这种方式的性能稍差，因为下级交换机的有效总带宽实际上就相当于上级交换机的一个端口带宽。不过，在这种级联方式中要求采用交叉双绞线，同样单段长度不能超过1 00米。

级联扩展模式是以太网扩展端口应用中的主流技术。它通过使用统一的网管平台实现对全网设备的统一管理，如拓扑管理和故障管理，等等。级联模式也面临着挑战，当级联层数较多，同时层与层之间存在较大的收敛比时，边缘节点之间由于经历了较多的交换和缓存，将出现一定的时延。解决方法是会聚上级端口来减小收敛比，提高上端设备性能或者减少级联的层次。在级联模式下，为了保证网络的效率，一般建议层数不要超过4层。如果网络边缘节点存在通过广播式以太网设备如HUB扩展的端口，由于其为直通工作模式，不存在交换，不纳入层次结构中。

2．交换机堆栈

高新科技型企业的迅猛发展，以及传统大中型企业信息化程度的日益提高，使得越来越多的企业在构筑或扩展企业网络时，必须考虑部门或工作组级的高密度接入需求及日后的可扩展能力。在一些网络交换中心可以购置端口接入能力较高的机箱式交换设备来解决问题，但网络边界接入区域，采用机箱式交换机则意味着极高的成本投入，最优化的解决方案是选择可堆栈交换机。

堆栈扩展模式是目前在以太网交换机上扩展端口使用较多的另一类技术，是一种非标准化技术，各个厂商之间不支持混合堆栈，堆栈模式由各厂商制定。前面介绍的级联模式主要是为了解决连接距离过长和扩展端口这两方面的矛盾，而此处的堆栈扩展模式则主要是解决扩展端口和扩展带宽两方面的问题，因为堆栈通常是几台交换机堆栈在一起，采用专用堆栈电缆进行连接的，如图7—73所示。

当多个交换机连接在一起时，其作用就像一个模块化交换机一样，堆栈在一起交换机可以当做一个单元设备来进行管理。也就是说，堆栈中所有的交换机从拓扑结构上可视为一个交换机。堆栈在一起的交换机可以当做一台交换机来统一管理。一般情况下，当有多个交换机堆栈时，其中存在一个可管理交换机，利用可管理交换机可对此可堆栈式交换机中的其他“独立型交换机" 进行管理。可堆栈式交换机可非常方便地实现对网络的扩充，是新建网络时最为理想的选择。

交换机堆栈技术采用了专门的管理模块和堆栈连接电缆，这样做的好处是，一方面增加了用户端口，能够在交换机之间建立一条较宽的宽带链路，这样每个实际使用的用户带宽就有可能更宽(只有在并不是所有端口都在使用情况下)。另一方面多个交换机能够作为一个大的交换机，便于统一管理。交换机堆栈与级联不一样，必须使用专门的端口，而且并不是所有交换机都支持堆栈(而所有的交换机都可以级联，只是级联方式可能不一样)，所以如果见到交换机上没有专门的堆栈接口，则此交换机不支持堆栈。因为一台交换机既可能要与上一层交换机连接，又可能要与下一层交换机连接，所以支持堆栈的交换机都有两个用于堆栈

的接口，分别标为“UP"和“DOWN"。它们都是D形25孔接口。但是是否同时具有这两个接口要视交换机所允许的堆栈级数。

不同的可堆栈交换机也是有堆栈级数限制的，不是可以无限制堆栈。低档的一般只允许4级以下，而高档交换机则可能允许更多级数，如图7-74所示的就是一个8个交换机的堆栈。交换机的堆栈通常是通过堆栈套件进行的，不同的堆栈级数所需的堆栈套件也不一样。如需要两台3COM的SS3 4400交换机堆栈在一起，则只需要配一套SS3 4400堆栈套件(Stackin~ Kit)就可以了，如图7-75所示。一个堆栈套件包括两块模块及一条连接电缆。如果要把3 台或3台以上的交换机堆栈在一起，就需要用1个堆栈套件加若干堆栈扩展套件的模式来实现。堆栈扩展模块如图7-76所示，一个扩展套件包括两个模块及一颗连接线。如果3台4400 堆栈，需要一个堆栈套件加一个扩展套件；如果4台堆栈，需要一个堆栈套件加两个扩展套件……依此类推，如果8台4400堆栈，需要一个堆栈套件加6个扩展套件。

另外，在进行交换机堆栈时，需要注意以下几点。

有些交换机只允许与同型号的交换机进行堆栈，如3COM的SS3 4400SE交换机就只能与SS3 4400SE型号的交换机进行堆栈，不能与其他型号，甚至是同一系列的SS3 4400系列其他交换机。这要求在选购时一定要结合自己企业网络实际需求询问清楚。

了解交换机的最大堆栈级数，这也决定了堆栈后的交换机最多支持的端口数。如3COM 的SS3 4400交换机则是允许一个堆栈最多只能有192个端口，即不能超过4台48个端口的SS3 4400或8台24个端口的SS3 4400交换机。而且各个交换机的软件版本应保持一致。最好在堆栈前对其软件版本进行检查，并将每台设备的配置清空到出厂值后再堆栈。

3．交换机群集

对于交换机之间的连接，除了前面介绍的“级联"和“堆叠"外，还有一种比较新的扩展连接技术，那就是交换机集群技术。它可较好地解决前两种扩展模式的一些不足。

我们知道，对于级联的方式比较容易造成交换机之间的瓶颈，虽然堆栈技术可以提高背板速率，能够消除交换机之间连接的瓶颈问题，但是受到距离等的限制很大，而且对堆栈交换机的数量限制也比较严格。因为交换机集群技术实际上应用得比较少，而且也只有少数品牌交换机具有这一功能，所以在此只作简单介绍。

Cisco公司推出的交换机集群技术，可以看成是堆叠和级联技术的综合。这种技术可以将分布在不同地理范围内的交换机逻辑地组合到一起，可以进行统一的管理。具体的实现方式就是在集群之中选出一个Commander，而其他的交换机处于从属地位，由

Commander统一管理。

交换机集群技术最多支持1 6台交换机，可以提供多达1 6 X 48个端口。思科的Catalyst 3 5 00 XL系列交换机中的Catalyst 35 12XL、Catalyst 3524XL和Catalyst 3508G XL 3个型号均可以成为Commander，而对于被管理者2900和1 900系列均可以加入交换机集群，使用Cisco最新的交换集群技术将传统的堆栈技术提高到新的水平。

目前3 COM公司的一些交换机产品，如SuperStack 3 Switch 4400也具有类似集群功能。它是采用一种称之为“堆栈范围内的链路聚合"技术实现的，具体不作介绍。

在Cisco的交换机集群技术中，采用了专门的集群管理套装软件进行网络管理。Cisco 集群管理套件(CMS)是嵌入在Catalyst 3550、2950、3500XL、2900 XL、2900 LRE XL 和1 900 交换机中的一种基于Web的软件。利用Cisco交换机集群技术，用户可以利用任何标准的Web 浏览器访问Cisco CMS，并同时管理高达1 6个这样的路由器，而不管它们的实际距离有多远，如果需要的话，可以为整个集群使用一个IP地址。随着Catalyst 3 5 50交换机的加入，Cisco CMS 软件现在可以跨越路由边界，在管理一个Cisco集群时实现更高的灵活性。

Cisco CMS可以为提供一个集成化的管理界面，用于提供智能化服务，让用户通过一个强大的工具管理他们的整个LAN，而无须学习命令行界面(CLI)。通过将传统LAN交换的简便性引入到智能化服务[例如，多层交换、QoS、多播、安全访问控制列表(ACL)]中，Cisco CMS使管理员可以利用过去只有最复杂的网络才能享有的优势。

Cisco CMS新推出的向导模式使用户可以逐步配置高端功能，并提供增强的在线帮助，以实现对环境敏感的辅助。另外，一个配置向导可以提供交换机的自动配置，实现视频流或者视频会议。今后推出的版本将为基于IP的语音传输(VoIP)、关键任务型应用和安全提供配置向导。这些向导可以帮助网络管理员节约数小时的时间，消除人为故障，确保交换机的配置最符合这些应用的需要。

Cisco CMS支持基于标准的连接，例如，以太网、快速以太网、快速EtherChannel、千兆位以太网和千兆位EtherChannel连接。因为Cisco交换机集群技术不会受到专有堆栈

模块、堆栈电缆或者互连介质的限制，所以Cisco CMS可以将传统的集群域扩展到一个单独的布线室以外，让用户可以混用和匹配互连方式，以满足特定的管理、性能和成本需求。

Cisco Catalyst 3550交换机可以配置为Cisco交换机集群中的核心交换机或者成员交换机。Cisco CMS还使网络管理员可以指定一个备用的或者冗余的核心交换机，它可以在主核心层交换机发生故障时承担核心职能。其他的重要功能包括同时配置多个端口和交换机，以及立刻在整个集群中进行软件升级。带宽图示和连接报告可以提供有用的诊断信息和拓扑图，让网络管理员可以迅速了解网络的运行状态。

4．光纤端口的级联

由于光纤端口的价格仍然非常昂贵，所以光纤主要被用于核心交换机和骨干交换机之间连接，或被用于骨干交换机之间的级联。需要注意的是，光纤端口均没有堆叠的能力，只能被用于级联。

(1)光纤跳线的交叉连接

所有交换机的光纤端口都是2的倍数个，分别用于信号的收、发。当然，光纤跳线也必须是2的倍数根，否则端口之间将无法进行通信。当交换机通过光纤端口级联时，必须将光纤跳线两端的收发对调，当一端接“收"时，另一端接“发"。同理，当一端接“发"时，另一端接“收"。在Cisco GBIC光纤模块都标记有收发标志，左侧向内的箭头表示“收"，右侧向外的箭头表示“发"。如果光纤跳线的两端均连接“收"或“发"，则该端口的LED指示灯不亮，表示该连接为失败。只有当光纤端口连接成功后，LED指示灯才转为绿色。同样，当骨干交换机连接至核心交换机时，光纤的收发端口之间也必须交叉连接。

(2)光纤跳线及光纤端口类型

光纤跳线分为单模光纤和多模光纤。交换机光纤端口、跳线都必须与综合布线时使用的光纤类型相一致。也即如果综合布线时使用的是多模光纤，那么交换机的光纤接口就必须执行1 000BASE-SX标准，也必须使用多模光纤跳线；如果综合布线时使用的是单模光纤，那么交换机的光纤接口就必须执行1 000BASE-LX／LH标准，也必须使用单模光纤跳线。

(3)传输速率与双工模式

与双绞线标准1 000BASE-T不同，1 000BASE-SX、1 000BASE-LX／LH和1

000BASE-ZX 光纤标准均不能支持白适应，不同速率和双工工作模式的端口将无法连接并通信。因此，要求相互连接的光纤端口必须拥有完全相同的传输速率和双工工作模式，既不可将1 000Mbps 的光纤端口与1 00Mbps的光纤端口连接在一起，也不可将全双工模式的光纤端口与半双工模式的光纤端口连接在一起，否则，将导致连通性故障。

5．堆叠和级联的区别

级联是通过交换机(或集线器，但目前已很少使用)的某个端口与其他交换机相连的，如使用一个交换机Uplink口到另一个的普通端口；而堆叠是通过交换机的背板连接起来的，是一种建立在芯片级上的连接，如两个24口交换机堆叠起来的效果就像是一个48口的交换机，优点是不会产生瓶颈的问题。

堆叠(Stack)和级联(Uplink)是多台交换机连接在一起的两种方式。它们的主要目的是增加端口密度。但它们的实现方法是不同的。简单地说，级联可通过一根双绞线在任何网络设备厂家的交换机之间、集线器之间，或交换机与集线器之间完成。而堆叠只有在自己厂家的设备之间，且此设备必须具有堆叠功能才可实现。级联只需单做一根双绞线(或其他媒介)，堆叠需要专用的堆叠模块和堆叠线缆，而这些设备可能需要单独购买。交换机的级联在理论

上是没有级联个数限制的(注意：集线器级联有个数限制，且1 0Mbps和l OOMbps的要求不同)，而堆叠各个厂家的设备会标明最大堆叠个数。

由此可以看出，级联相对容易，但堆叠技术具有级联所不具有的优势。首先，多台交换机堆叠在一起，从逻辑上来说，它们属于同一个设备。这样如果你想对这几台交换机进行设置，只要连接到任何一台设备上，就可看到堆叠中的其他交换机。而级联的设备逻辑上是独立的，如果想要网管这些设备，就必须依次连接到每个设备。

其次，多个设备级联会产生级联瓶颈。例如，两个百兆位交换机通过一根双绞线级联，则它们的级联带宽是百兆位。这样不同交换机之间的计算机要通信，都只能通过这百兆位带宽。而两个交换机通过堆叠连接在一起，堆叠线缆将能提供高于1 Gbps的背板带宽，极大地减低了瓶颈。现在交换机有一种新的技术——Port Trunking，通过这种技术，可使用多根双绞线在两个交换机之间进行级联，这样可成倍地增加级联带宽。

级联还有一个堆叠技术所不具有的优势就是增加连接距离。比如，一台计算机离交换机较远，超过了单根双绞线的最长距离1 00m，则可在中间再放置一台交换机，使计算机与此交换机相连。堆叠线缆最长也只有几米，所以叠栈时应予考虑。

由此可见，堆叠和级联技术各有优点，在实际的方案设计中经常同时出现，可灵活应用