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网络扩容：交换机的堆叠与级联

时间：2023年08月23日

来源：夜莺与玫瑰

编辑：本站小编

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以下是小编为大家整理的网络扩容：交换机的堆叠与级联，本文共4篇，仅供参考，欢迎大家阅读。本文原稿由网友“夜莺与玫瑰”提供。

篇1：网络扩容：交换机的堆叠与级联(一)

当单一交换机所能够提供的端口数量不足以满足网络计算机的需求时，必须要有两个以上的交换机提供相应数量的端口，这也就要涉及到交换机之间连接的问题，从根本上来讲，交换机之间的连接不外乎两种方式，一是堆叠，一是级联。

1． GBIC和SFP

（1）GBIC

Cisco GBIC（GigaStack Gigabit Interface Converter）是一个通用的、低成本的千兆位以太网堆叠模块，可提供Cisco交换机间的高速连接，既可建立高密度端口的堆叠，又可实现与服务器或千兆位主干的连接，为快速以太网向千兆以太网的过渡，提供了廉价的、高性能的选择方案。此外，借助于光纤，还可实现与远程高速主干网络的连接。GBIC模块分为两大类，一是普通级联使用的GBIC模块，二是堆叠专用的GBIC模块。

● 级联GBIC模块

级联使用的GBIC模块分为4种，一是1000Base-T GBIC模块，适用于超五类或六类双绞线，最长传输距离为100米；二是1000Base-SX GBIC模块，适用于多模多纤（MMF），最长传输距离为500米；三是1000Base-LX/LH GBIC模块，适用于单模光纤（SMF），最长传输距离为10千米；四是1000Base-ZX GBIC，适用于长波单模光纤，最长传输距离为70千米~100千米。

GBIC模块安装于千兆以太网模块的GBIC插槽中，用于提供与其他交换机和服务器的千兆位连接。如图3所示为安装在Cisco Catalyst 4006千兆以太网模块中的GBIC。

● 堆叠GBIC模块

堆叠GBIC模块用于实现交换机之间的廉价千兆连接。需要注意的是，GigaStack GBIC专门用于交换机之间的千兆位堆叠，GigaStack GBIC之间的连接采用专门的堆叠电缆。

（2）SFP

SFP（Small Form-factor Pluggables）可以简单的理解为GBIC的升级版本，

SFP模块体积比GBIC模块减少一半，可以在相同面板上配置多出一倍以上的端口数量。由于SFP模块在功能上与GBIC基本一致，因此，也被有些交换机厂商称为小型化GBIC（Mini-GBIC）。

2．交换机的堆叠

提供堆叠接口的交换机之间可以通过专用的堆叠线连接起来。通常，堆叠的带宽是交换机端口速率的几十倍，例如，一台100Mbps交换机，堆叠后两台交换机之间的带宽可以达到几百兆甚至上千兆。多台交换机的堆叠是靠一个提供背板总线带宽的多口堆叠母模块与单口的堆叠子模块相联实现的，并插入不同的交换机实现交换机的堆叠。

但是，并不是所有的交换机都支持堆叠的，这取决于交换机的品牌、甚至是型号是否支持堆叠。

堆叠不仅通常需要使用专门的堆叠电缆，而且甚至需要专门的堆叠模块，如Cisco GigaStack GBIC。另外，同一叠堆中的交换机必须是同一品牌，否则，根本没有办法堆叠。因此，如果准备使用堆叠的方式扩充端口，就必须事先做好购置计划。

交换机的堆叠是扩展端口最快捷、最便利的方式。堆叠的优点实在多多，主要包括以下几个方面：

● 高密度端口

不同品牌的交换机支持堆叠的层数有所不同，一般情况下，最少可堆叠2层，而最多可堆叠至8层，因此，可在一个狭小的空间内为密集的计算机网络提供上百个端口。

● 便于管理

一个叠堆的若干台交换机可视为一台交换机进行管理，只需赋予其1个IP地址，即可通过该IP地址对所有的交换机进行管理，从而大大减少了管理的强度和难度，极大地节约了管理成本。

篇2：网络交换机中的堆叠与级连区别详解

级连扩展

级连扩展模式是最常规，最直接的一种扩展方式，一些构建较早的网络，都使用了集线器（HUB）作为级连的设备，因为当时集线器已经相当昂贵了，多数企业不可能选择交换机作为级连设备。那是因为大多数工作组用户接入的要求，一般就是从集线器上一个端口级连到集线架上。在这种方式下，接入能力是得到了很大的提高，但是由于一些干扰和人为因素，使得整体性能十分低下，只单纯地满足了多端口的需要，根本无暇考虑转发交换功能。现在的级连扩展模式综合考虑到不同交换机的转发性能和端口属性，通过一定的拓扑结构设计，可以方便地实现多用户接入。

级连模式是组建大型LAN最理想的方式，可以综合利用各种拓扑设计技术和冗余技术，实现层次化网络结构，如通过双归等拓扑结构设计冗余，通过Link Aggregation技术实现冗余和Up Link的带宽扩展，这些技术现在已经非常成熟，广泛使用在各种局域网和城域网中。

级连模式使用通用的以太网端口进行层次间互联，如100M FE端口、GE端口以及新兴的10GE端口。

级连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。级连模式也面临着挑战，当级连层数较多，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。解决方法是汇聚上行端口来减小收敛比，提高上端设备性能或者减少级连的层次。在级连模式下，为了保证网络的效率，一般建议层数不要超过四层。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，但需要注意的是，HUB工作的CSMA/CD机制中，因冲突而产生的回送可能导致的网络性能影响将远远大于交换机级连所产生的影响。

级连模式是组建结构化网络的必然选择，级连使用通用电缆（光纤），各个组件可以放在任意位置，非常有利于综合布线。

堆叠技术扩展

堆叠技术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叠，堆叠模式为各厂商制定，不支持拓扑结构。目前流行的堆叠模式主要有两种：菊花链模式和星型模式。堆叠技术的最大的优点就是提供简化的本地管理，将一组交换机作为一个对象来管理。

菊花链式堆叠

菊花链式堆叠是一种基于级连结构的堆叠技术，对交换机硬件上没有特殊的要求，通过相对高速的端口串接和软件的支持，最终实现构建一个多交换机的层叠结构，通过环路，可以在一定程度上实现冗余。但是，就交换效率来说，同级连模式处于同一层次。菊花链式堆叠通常有使用一个高速端口和两个高速端口的模式，两者的结构见图二所示。使用一个高速端口（GE）的模式下，在同一个端口收发分别上行和下行，最终形成一个环形结构，任何两台成员交换机之间的数据交换都需绕环一周，经过所有交换机的交换端口，效率较低，尤其是在堆叠层数较多时，堆叠端口会成为严重的系统瓶颈。使用两个高速端口实施菊花链式堆叠，由于占用更多的高速端口，可以选择实现环形的冗余。菊花链式堆叠模式与级连模式相比，不存在拓扑管理，一般不能进行分布式布置，适用于高密度端口需求的单节点机构，可以使用在网络的边缘。

菊花链式结构由于需要排除环路所带来的广播风暴，在正常情况下，任何时刻，环路中的某一从交换机到达主交换机只能通过一个高速端口进行（即一个高速端口不能分担本交换机的上行数据压力），需要通过所有上游交换机来进行交换。

菊花链式堆叠是一类简化的堆叠技术，主要是一种提供集中管理的扩展端口技术，对于多交换机之间的转发效率并没有提升（单端口方式下效率将远低于级连模式），需要硬件提供更多的高速端口，同时软件实现UP LINK的冗余。菊花链式堆叠的层数一般不应超过四层，要求所有的堆叠组成员摆放的位置足够近（一般在同一个机架之上），

星型堆叠技术是一种高级堆叠技术，对交换机而言，需要提供一个独立的或者集成的高速交换中心（堆叠中心），所有的堆叠主机通过专用的（也可以是通用的高速端口）高速堆叠端口上行到统一的堆叠中心，堆叠中心一般是一个基于专用ASIC的硬件交换单元，根据其交换容量，带宽一般在10－32G之间，其ASIC交换容量限制了堆叠的层数。

星型堆叠

星型堆叠技术使所有的堆叠组成员交换机到达堆叠中心Matrix的级数缩小到一级，任何两个端节点之间的转发需要且只需要经过三次交换，转发效率与一级级连模式的边缘节点通信结构相同，因此，与菊花链式结构相比，它可以显著地提高堆叠成员之间数据的转发速率，同时，提供统一的管理模式，一组交换机在网络管理中，可以作为单一的节点出现。

星型堆叠模式适用于要求高效率高密度端口的单节点LAN，星型堆叠模式克服了菊花链式堆叠模式多层次转发时的高时延影响，但需要提供高带宽Matrix，成本较高，而且Matrix接口一般不具有通用性，无论是堆叠中心还是成员交换机的堆叠端口都不能用来连接其他网络设备。使用高可靠、高性能的Matrix芯片是星型堆叠的关键。一般的堆叠电缆带宽都在2G-2.5G之间（双向），比通用GE略高。高出的部分通常只用于成员管理，所以有效数据带宽基本与GE类似。但由于涉及到专用总线技术，电缆长度一般不能超过2m，所以，星型堆叠模式下，所有的交换机需要局限在一个机架之内。

可见，传统的堆叠技术是一种集中管理的端口扩展技术，不能提供拓扑管理，没有国际标准，且兼容性较差。但是，在需要大量端口的单节点LAN，星型堆叠可以提供比较优秀的转发性能和方便的管理特性。级连是组建网络的基础，可以灵活利用各种拓扑、冗余技术，在层次太多的时候，需要进行精心的设计。对于级连层次很少的网络，级连方式可以提供最优性能。例如，在需要扩展为两倍端口的网点，使用星型堆叠边缘之间需要交换三次，级连模式和菊花链式堆叠需要交换两次，星型堆叠模式需要更大的投资，菊花链式堆叠模式需要占用更多的高速端口，普通级连成为最经济和高效的组建方式。另外，还可以利用从前已有的交换设备，不需重复投资，但是，这两台设备需单独管理。

传统的堆叠技术应用往往受限于地理位置的限制，往往需要放置在同一个机架，在高密度端口应用时，会给布线带来困难。所以各大厂商纷纷积极寻求支持分布式堆叠技术。目前，华为公司Quidway S系列以太网交换机产品、Cisco系列以太网交换产品均提供集群管理模式。Quidway S系列以太网交换机采用华为统一的VRP操作系统和统一的iManager网管系统。该网管系统支持中文界面，采用标准协议和开放技术，全面兼容主流网管平台。Quidway S系列以太网交换机在华为二层交换全线速、三层交换全线速、业务交换全线速和QoS服务全线速“四个全线速”的设计思想指导下，充分利用产品开发的后发优势，在产品的系统设计、扩展能力以及提供丰富的业务特性方面满足宽带城域网络和企业网络的需求，能为客户提供更加高效、安全、易于扩展的客户化解决方案。

以华为公司产品（HGMP）为例，通过集群管理模式的支持，可以在使用Quidway系列交换机通过通用级连模式构建的网络上实现集中的配置和管理，一个LAN可以加入成为一个组，对于网管系统，一个组可以表现为同一台设备，使用一个IP地址进行管理，相当于甚至优于从前堆叠组的管理效果。然而作为通用性的集中表现，组成员交换机在组内可以实现拓扑设计以及成员的分布式放置，而且堆叠端口可以任选设备支持的通用端口或者使用端口的汇聚，使得用户可以获得灵活控制交换网络堆叠带宽的能力，从而达到更高的灵活性要求。

对于不同的环境，选用不同的端口扩展模式的效果是不一致的。在当前情况下，普通的级连模式还是解决层次化网络的主要的应用手段，星型堆叠模式是提供单节点端口扩展的简单管理模式，而通过集群管理实现的分布式堆叠将是下一代堆叠的主要方式。

篇3：Cisco交换机堆叠与HSRP之间的区别

随着Internet的日益普及，人们对网络的依赖性也越来越强，这同时对网络的稳定性提出了更高的要求，人们自然想到了基于设备的备份结构，就像在服务器中为提高数据的安全性而采用双硬盘结构一样。核心交换机是整个网络的核心和心脏，如果核心交换机发生致命性的故障，将导致本地网络的瘫痪，所造成的损失也是难以估计的。

而目前对于业界的所有三层交换机均采用热备份路由协议（VRRP），而Cisco一般采用自己的私有协议热备份路由协议（HSRP），但是对于Cisco Catalyst 3750系列交换机一般采用堆叠的方式，通过自带的堆叠线将多台交换机堆叠在一起形成一个逻辑交换机。

那么下面先来看看堆叠与HSRP（热备份路由协议）的介绍。

堆叠

目前Cisco越来越多的产品支持堆叠了，目前支持堆叠型号有Cisco Catalyst 3750系列，而现在2960S以及3560X与3750X都支持，但是对于这些新型号要使用堆叠功能就必须使用专用的堆叠模块，而Cisco Catalyst 3750系列在包装箱中默认送了一根0.5的堆叠线，3750交换机相互之间通过思科专有的堆叠电缆连接起来，可将多达9台交换机堆叠成一台逻辑交换机。该逻辑交换机中的所有交换机共享相同的配置信息和路由信息。当向逻辑交换机增加和减少单体交换机时不会影响其性能。

叠加的交换机之间通过两条环路连接起来。交换机的硬件负责将数据包在双环路上做负载均衡。环路在这里充当了这个大的逻辑交换机的背板的角色，在双环路都正常工作时，数据包在这台逻辑交换机上的传输率为32Gbps。

当一个数据帧需要传输时，交换机的软件会进行计算看哪条环路更可用，然后数据帧会被送到该环路上。如果一条堆叠电缆出故障，故障两端的交换机都会侦测到该故障，并将受影响的环路断开，而逻辑交换机仍然可以以单环的状态工作，此时的数据包通过率为16Gbps。交换机的堆叠采用菊花链方式，连接的方式参考下图。

当若干台交换机堆叠后，会有一台交换机负责管理功能，称其为主交换机(master switch)，主交换机会向其它交换机自动更新配置文件，路由信息，堆叠信息。而主交换机采用的是1:N的冗余备份方式，堆叠中的所有交换机在主交换机出问题时都可以成为主交换机并取而代之。

主交换机负责下载CAM转发表到各个交换机，3层交换机的路由信息也由主交换机负责维护与分发。其它一些QoS特性或访问控制列表的操作也是由主交换机告诉其它交换机如何控制。当有新的交换机加入或现有的交换机移走，主交换机会送出一个通知，其它交换机会随之更新自己的堆叠信息，

环上的每台交换机都会有一个MAC地址表保存自己本地的MAC地址信息，还会有一个MAC表维护其它交换机的MAC地址信息。MAC地址表是由主交换机负责更新的。

另外，堆叠交换机处理数据包的方式非常有效，每个数据包有一个24字节的头信息，其中包括包的目的地信息(该信息是在堆叠交换机中使用的，是由主交换机给出的)和QoS指示器。

HSRP

对核心交换机采用热备份是提高网络可靠性的必然选择。在一个核心交换机完全不能工作的情况下，它的全部功能便被系统中的另一个备份路由器完全接管，直至出现问题的路由器恢复正常，这就是热备份路由协议（HotStandbyRouterProtocol）。

实现HSRP的条件是系统中有多台核心交换机，它们组成一个“热备份组”，这个组形成一个虚拟路由器。在任意时刻，一个组内只有一个路由器是活动的，并由它来转发数据包，如果活动路由器发生了故障，将选择一个备份路由器来替代活动路由器，但是在本网络内的主机看来，虚拟路由器没有改变。所以主机仍然保持连接，没有受到故障的影响，这样就较好地解决了核心交换机切换的问题。

为了减少网络的数据流量，在设置完活动核心交换机和备份核心交换机之后，只有活动核心交换机和备份核心交换机定时发送HSRP报文。如果活动核心交换机失效，备份核心交换机将接管成为活动核心交换机。如果备份核心交换机失效或者变成了活跃核心交换机，将由另外的核心交换机被选为备份核心交换机。

在上面已经了解了各自的区别了，下面图解HSRP与堆叠故障切换与数据流的走向。

热备份路由协议（HSRP）故障切换与数据流走向

HSRP正常情况下，数据流量走向

（通过上图可以得知）正常情况下，终端1去访问应用服务器时，首先经过接入层交换机1再到过核心交换机A，通过核心交换机A到过应用服务器，而完成数据的交换。

当某台接入层交换机到主核心交换机的线路出现故障，切换至备机，数据流走向

当接入层交换机1上联至核心交换机A的数据链路出现故障，导致接入层交换机1的数据链路切换至核心交换机B，但在切换期间接入层交换机1分丢6个数据包，如上图所示。

服务器链路出现故障

当服务器与核心交换机A之间主链路出现故障（如线路、网卡等），服务器主网卡切换至备用网卡上时，会丢6个数据包，但当主链路恢复以后，服务器会自动从备用网卡切换至主网卡，而这次切换时数据包不会丢失。具体终端访问服务器的数据流走向如上图。

主交换机出现故障

篇4：网件为商用网络推出可堆叠千兆PoE智能交换机

近日，美国网件（NETGEAR）公司发布了GS724TPS和GS748TPS两款ProSafe千兆增强型智能交换机，NETGEAR成为业界首个也是唯一一个在同一平台上结合了千兆连接、以太网供电（PoE）、堆叠等各种功能的厂家，并以此来为商用网络设计融合性网络方案。

越来越多的商用网络用户认识到了包括无线、VoIP和数据等网络融合所带来的好处，它不光可以节省成本，也可以为企业提高效率、增强服务。GS7xxTPS系列旨在帮助商用网络便捷地将现有网络架构迁移至融合性网络架构，包括无线局域网、VoIP电话或IPPBX和视频电话等。运用PoE和自动语音VLAN的功能，交换机可以帮助用户便捷地设置PoE功能，使IP电话和无线接入点可以部署在用户需要的任何地方，而不必改变布线设施。此外，每台交换机的前四个端口还支持基于IEEE802.3at草案标准的PoE+功能，提供高达30W的输出功率给PoE用电设备，如多信道无线接入点、平移/倾斜/缩放IP摄像机以及带有触摸屏的IP电话等。一台GS7xxTPS交换机可以为商用网络解决现在甚至未来对以太网供电的需求。

“随着商用网络持续使用网络电话、无线和其他融合网络技术来精简他们的网络并且借以来提高商业运作效率，他们需要更先进交换设备来支持他们不断发展的需求。”NETGEAR智能交换产品线经理MaggieWu表示。“我们ProSafeGS7xxTPS系列千兆增强型智能交换机就满足了这些需求，它用以支持关键应用服务，如基于VoIP的呼叫中心、拥有统一的无线和有线网络的分支机构/远程办公室和组织机构。GS7xxTPS系列在合理的价位支持实用的功能组合，为用户提供了兼具高性能、易用性、可扩展性和可靠性的解决方案。

高性能、易管理性和可扩展性设计，GS7xxTPS系列是业界唯一可堆叠的千兆智能交换机。每台交换机都有两个专门的HDMI接口，提供高达20Gbps的堆叠带宽。客户可以堆叠多达6台交换机或是288个接口，并且通过一个IP地址来进行管理。此外，堆叠功能还包括冗余和热插拔。因为它们属于NETGEAR千兆堆叠智能交换机系列的扩展，所以GS724TPS和GS748TPS可与GS7xxTS交换机（GS724TS和GS748TS）进行堆叠，从而为客户提供更大的投资保护。

作为NETGEARProSafe增强型智能交换机家族成员，GS724TPS和GS748TPS配备了全套的增强型功能，如访问控制列表（ACL）、802.1x端口认证、增强的QoS、速率限制和组播侦听。以此为商用网络提供更有力的安全保证、更高服务质量和可用性。此外，基于Web浏览器的直观界面提供了简单而全面的管理，有助于将交换机上的潜力充分发挥出来，

“我们所需的基础设施价格超过我们的预算，使我们一直无法清楚如何部署融合性网络，直到我们与NETGEAR合作才解决这个问题。”GaryHowell，摩根沃尔什顾问有限公司管理的技术总监表示。“自从安装了可堆叠交换机GS7xxTPS后，它的表现一直让人满意，操作简单明了，并能提供高性能的多个虚拟局域网的网络连接，没有比这个更棒的解决方案了。”

GS7xxTPS系列的其他特色功能包括：

智能管理功能：

商用网络可以从一个易于使用并可用来配置所有功能的Web控制台，像管理一台设备般来管理所有ProSafe可堆叠千兆智能交换机，同时进行监测和故障排除。（其特点包括单一IP地址、自动主备份、堆叠组自动同步固件和主交换机维持堆叠组配置）。这些交换机也支持SNMP协议（v1/v2/v3），来收集和跟踪数据，以此去监测网络的健康以及管理设备，并更容易地执行关键IT的控制和政策。SNMPv2c是最常见的部署，因为它提供了比v1更好的报告能力。公司从更强大的安全性角度考虑可以选择提供数据加密的SNMPv3。这些交换机还能使用NETGEARProSafe网络管理软件（NMS100）和其他基于SNMP的软件进行管理。

高级安全性：

这些交换机还提供增加的网络安全功能来更有力保障商用运行。这些措施包括802.1x的身份验证和基于MAC和/或IP地址的允许或拒绝的ACL流量过滤。

高级的质量服务（QoS）

优先级队列能确保高优先级的流量即使在交通挤塞时也能得到有效传输。比如，公司在使用网络电话或视频会议时，需要将语音、视频传输和其它实时应用的优先级设置高于延迟不敏感的流量，以确保可靠性和质量。尽管会增加流量负荷，仍然需要使用流量优先级分类来确保延迟敏感的服务和应用的质量。ProSafe堆叠千兆智能交换机提供了一系列广泛的QoS功能，如802.1p的优先级、基于第3层的（DSCP）的优先次序和限速。

“商用网络需要的是功能强大到足以帮助成长型商用网络支持融合应用的解决方案，这些商用网络可能没有企业级的强大IT资源。”MatthiasMachowinski，Infonetics公司的语音和数据分析师表示。“像NETGEAR可堆叠智能交换机这类产品功能是以商用网络为目标的工具，它简化了网络运营，同时还能提供企业级的高级功能，从而帮助商用网络向融合网络成功转型。”

NETGEARProSafeGS7xx系列千兆增强型智能交换机将为商用网络提供一个强有力的新工具，并可通过24/7的技术支持与经验丰富的商用网络专家进行沟通，促使其更快地发展业务。

GS724TPS和GS748TPS从2009年7月开始在全球范围上市。

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