交換機(jī)的連接主要有三種方式，級聯(lián)方式、堆疊方式和集群方式。級聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)簡單，只需一根普通的雙絞線即可，節(jié)約成本而且基本不受距離的限制。而堆疊方式投資相對較大，且只能在很短的距離內(nèi)連接，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。集群連接方式，就是將多臺互相連接（級聯(lián)或堆疊）的交換機(jī)作為一臺邏輯設(shè)備進(jìn)行管理。

1、級聯(lián)

這是最常用的一種多臺交換機(jī)連接方式，它通過交換機(jī)上的級聯(lián)口（UpLink）進(jìn)行連接。需要注意的是交換機(jī)不能無限制級聯(lián)，超過一定數(shù)量的交換機(jī)進(jìn)行級聯(lián)，最終會引起廣播風(fēng)暴，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能嚴(yán)重下降。級聯(lián)設(shè)備之間是相互獨(dú)立工作的，邏輯上是獨(dú)立的。且不同廠商的設(shè)備之間理論上是可以互相級聯(lián)的。級聯(lián)又分為使用普通端口級聯(lián)和使用Uplink端口級聯(lián)。
級聯(lián)一般是用來擴(kuò)展擴(kuò)大接口數(shù)量，增加下聯(lián)用戶的數(shù)量，同時級聯(lián)還可以用來擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的長度。

使用普通口來級聯(lián)

所謂普通端口就是通過交換機(jī)的某一個常用端口（如RJ-45端口）進(jìn)行連接。這時所用的連接雙絞線要用反線（交叉線），即是說雙絞線的兩端要跳線（第1-3與2-6線腳對調(diào)）。

Uplink口級聯(lián)

在所有交換機(jī)端口中，都會在旁邊包含一個Uplink端口。此端口是專門為上行連接提供的，只需通過直通雙絞線將該端口連接至其他交換機(jī)上除“Uplink端口”外的任意端口即可（注意，并不是Uplink端口的相互連接）。
通常，uplink口會與某個端口（第一個或最后一個）共用鏈路，比如帶uplink的8口集線器實(shí)際上有9口，uplink口和1口共用，即用了uplink口，1口就不能再被使用。

* 級聯(lián)中需要注意的問題

（1）級聯(lián)時，各個設(shè)備必須啟用生成樹協(xié)議，防止生成環(huán)路，也要保證冗余鏈路
（2）理論上級聯(lián)可以無限制的連接下去，但是實(shí)際上當(dāng)級聯(lián)設(shè)備增多時，會產(chǎn)生廣播風(fēng)暴的問題
（3）原則上任何廠家、任何型號的以太網(wǎng)交換機(jī)均可進(jìn)行級聯(lián)，但也不排除一些特殊情況下兩臺交換機(jī)無法進(jìn)行級聯(lián)。
（4）級聯(lián)會產(chǎn)生級聯(lián)瓶頸。

對于級聯(lián)瓶頸，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)。

2、 堆疊

為什么有堆疊技術(shù)？

對于盒式交換機(jī)，經(jīng)常用在網(wǎng)絡(luò)的匯聚層和接入層。但是由于網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不斷提高，信息點(diǎn)密度越來越高，而盒式交換機(jī)的端口數(shù)量的相對固定，普通的級聯(lián)不能很好的滿足需求，其缺陷不斷的暴露出來。比如管理困難，存在轉(zhuǎn)發(fā)瓶頸等。為了更好的解決端口密度的增長問題，堆疊技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

堆疊的好處：

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)起來也靈活得多。 這就是堆疊的優(yōu)勢所在。
機(jī)架式交換機(jī)可以說是堆疊發(fā)展到更高階段的產(chǎn)物。 機(jī)架式交換機(jī)一般屬于部門以上級別得交換機(jī)，它有多個插槽，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)，但價格昂貴。

堆疊方式比級聯(lián)方式具有更好的性能，信號不易衰竭，且通過堆疊方式，可以集中管理多臺交換機(jī)，大大減化了管理工作量；如果實(shí)在需要采用級聯(lián)，也最好選用Uplink端口的連接方式。因為這可以在最大程度上保證信號強(qiáng)度，如果是普通端口之間的連接，必定會使網(wǎng)絡(luò)信號嚴(yán)重受損。

什么是堆疊？

堆疊是指將一臺以上的交換機(jī)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(jī)經(jīng)過堆疊形成一個堆疊單元?？啥询B的交換機(jī)性能指標(biāo)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(jī)數(shù)，代表一個堆疊單元中所能提供的最大端口密度。

目前，市場上的主流交換機(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聯(lián)。即便如此，虛擬堆疊的多臺交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)可以作為一個邏輯設(shè)備進(jìn)行管理，從而使網(wǎng)絡(luò)管理變的簡單起來。

真正的堆疊需要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端口仍能達(dá)到線速交換；多臺交換機(jī)堆疊后，VLAN等功能不受影響。

此種連接方式主要應(yīng)用在大型網(wǎng)絡(luò)中對端口需求比較大的情況下。交換機(jī)的堆疊是擴(kuò)展端口最快捷、最便利的方式，同時堆疊后的帶寬是單一交換機(jī)端口速率的幾十倍。但并不是所有的交換機(jī)都支持堆疊的，這取決于交換機(jī)的品牌、型號是否支持堆疊。它主要通過廠家提供的一條專用連接電纜，從一臺交換機(jī)的“UP”堆疊端口直接連接到另一臺交換機(jī)的“DOWN”堆疊端口。堆疊中的所有交換機(jī)可視為一個整體的交換機(jī)來進(jìn)行管理。

采用堆疊方式的交換機(jī)要受到種類和相互距離的限制。首先實(shí)現(xiàn)堆疊的交換機(jī)必須是支持堆疊的；另外由于廠家提供的堆疊連接電纜一般都在1米左右，故只能在很近的距離內(nèi)使用堆疊功能。

*堆疊是在背板上進(jìn)行的，實(shí)際上是將多臺交換機(jī)的背板進(jìn)行了連接，所以性能會增

虛擬堆疊

虛擬堆疊，實(shí)際上是通過軟件層面虛擬成一臺設(shè)備。一種虛擬化堆疊的實(shí)現(xiàn)方式：利用DDP協(xié)議（設(shè)備發(fā)現(xiàn)協(xié)議），指定一臺交換機(jī)為命令主機(jī)，該交換機(jī)在開啟協(xié)議后會自動搜索屬于同一個域的成員交換機(jī)。如果把命令交換機(jī)必做文件目錄的根目錄，那么成員交換機(jī)就相當(dāng)于根目錄下的子目錄子文件。交換機(jī)之間通過Ulink協(xié)議通信。共用命令設(shè)備的IP。

目前市場上有相當(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 大大延伸堆疊的范圍 ，使得堆疊不再局限于一個機(jī)柜之內(nèi)。

堆疊主要有以下幾種組建方式：

2.1菊花鏈?zhǔn)蕉询B

菊花鏈堆疊模式是利用專用的堆疊電纜，將多臺交換機(jī)以環(huán)路方式串接起來，組建成一個交換機(jī)堆疊組。菊花鏈堆疊模式中的冗余電纜只是冗余備份作用，也可以不連接。采用菊花鏈堆疊模式，從主交換機(jī)到最后一臺從交換機(jī)之間，數(shù)據(jù)包要?dú)v經(jīng)中間所有交換機(jī)，傳輸效率較低，因此堆疊層數(shù)不宜太多。菊花鏈堆疊模式雖然保證了每個交換機(jī)端口的帶寬，但是并沒有使多交換機(jī)之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)效率得到提升，而且堆疊電纜往往距離較短，因此采用菊花鏈堆疊模式時，主要適用于有大量計算機(jī)的機(jī)房。

在菊花鏈?zhǔn)蕉询B中，由于堆疊口的端口類型不同，又可以分為兩種，單工堆疊和雙工堆疊。

單工堆疊就是指一個堆疊口只能收數(shù)據(jù)或者發(fā)數(shù)據(jù)，那么形成堆疊的話就需要兩個口連接，一個口用來收(RX)，一個口用來發(fā)(TX)；

而支持雙工堆疊的堆疊口即可收數(shù)據(jù)，又可發(fā)數(shù)據(jù)，所以在形成堆疊的時候只需要一個口連接即可。
在這兒值得注意的是，單工堆疊的時候，因為每個口只能收或者發(fā)，所以當(dāng)兩臺設(shè)備相連的時候，一臺設(shè)備發(fā)數(shù)據(jù)的接口必須接另外一臺設(shè)備收數(shù)據(jù)的接口。

形如這樣的堆疊方式就是線形堆疊（如上圖右邊部分），一般單工堆疊都是線性堆疊。而雙工堆疊一般又叫環(huán)形堆疊。環(huán)形堆疊也有兩種連接模式：

這邊大家需要著重理解示意圖1和示意圖2中最右半邊的圖的區(qū)別。雖然二者在連接示意圖上形態(tài)相同，但是由于端口性質(zhì)不同，所以二者之間實(shí)際上是完全不一樣的。

環(huán)形堆疊相對與線形堆疊的好處在于，環(huán)形堆疊的冗余鏈路將會在其他正常鏈路的某一條出故障時，承擔(dān)故障鏈路的工作，從而能保證系統(tǒng)的高穩(wěn)定性。

2.2 星形堆疊

星型堆疊技術(shù)是一種高級堆疊技術(shù)，對交換機(jī)而言，需要提供一個獨(dú)立的或者集成的高速交換中心（堆疊中心），所有的堆疊主機(jī)通過專用的（也可以是通用的高速端口）高速堆疊端口上行到統(tǒng)一的堆疊中心，堆疊中心一般是一個基于專用ASIC的硬件交換單元，根據(jù)其交換容量，帶寬一般在10－32G之間，其ASIC交換容量限制了堆疊的層數(shù)。星形堆疊要求主交換機(jī)有足夠的背板帶寬，并且有多個堆疊模塊，然后使用高速堆疊電纜將交換機(jī)的內(nèi)部總線連接成為一條高速鏈路。

星形堆疊的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過交換機(jī)的級聯(lián)模式，而且可以顯著地提高堆疊交換機(jī)之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)速率。一個堆疊的若干臺交換機(jī)可以視為一臺交換機(jī)進(jìn)行管理，只需賦予1個IP地址，即可通過該IP地址對所有的交換機(jī)進(jìn)行管理，從而大大減少了管理的難度。

星形堆疊的優(yōu)勢：
在于一臺交換機(jī)到另一臺交換機(jī)之間的轉(zhuǎn)發(fā)路徑要比菊花鏈?zhǔn)蕉询B短，不會出現(xiàn)跨多臺交換機(jī)的情況。（堆疊中心到其他交換機(jī)之間只有一層，每兩個交換機(jī)之間通信只需要轉(zhuǎn)發(fā)兩次）

星型堆疊劣勢：
堆疊中心掛掉，導(dǎo)致所有設(shè)備不能上網(wǎng)；
但是，星形堆疊的成本較高，需要專用的堆疊中心支持，也與機(jī)箱式交換機(jī)的角色重復(fù)。

2.3 堆疊的原理

堆疊系統(tǒng)中的交換機(jī)，運(yùn)行著一個堆疊的協(xié)議，隨著堆疊進(jìn)程的不斷運(yùn)行，堆疊狀態(tài)機(jī)從一
個狀態(tài)躍遷到另一個狀態(tài)，狀態(tài)躍遷如圖 4 所示：

Blocked：堆疊檢測狀態(tài)機(jī)掛起，此時設(shè)備可能剛剛上電、工作在單機(jī)模式下、完成堆疊檢測的過
程；
Ready：開始進(jìn)行堆疊檢測；
Discovery：正在搜集堆疊成員信息；
Topo: 主機(jī)進(jìn)行堆疊拓?fù)涞呐渲谩?/p>

從堆疊系統(tǒng)中的交換機(jī)上電，到整個系統(tǒng)堆疊完畢，需要經(jīng)歷以下基本過程：

拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)三個階段：
使用 probe 報文，用于決定堆疊口的連接，搜集對端的堆疊口信息；本設(shè)備發(fā)出的 probe 報文記錄著本機(jī)已知的堆疊口信息，當(dāng)其他設(shè)備接收到probe 報文后，將本機(jī)的堆疊口信息增加到該報文中，并轉(zhuǎn)發(fā)到本地所有的堆疊口，最終這個probe 報文回到發(fā)送者時就已經(jīng)搜集到其他設(shè)備上已知的堆疊口信息，這些信息被更新到堆疊數(shù)據(jù)庫中
使用 routing 報文，將本地搜集到的堆疊口信息傳播到所有鄰居；
使用 config 報文，用于各交換機(jī)間同步堆疊檢測的結(jié)束狀態(tài)。當(dāng)本地堆疊口的接收/發(fā)送方向的信息都已搜集到后，本地交換機(jī)的堆疊狀態(tài)標(biāo)記為本地完成，表示本地設(shè)備已經(jīng)完成堆疊發(fā)現(xiàn)工作。當(dāng)堆疊數(shù)據(jù)庫里的所有其他已知設(shè)備的堆疊狀態(tài)都標(biāo)記為本地完成，則本地交換機(jī)的堆疊狀態(tài)就標(biāo)記為全部完成，標(biāo)識拓?fù)渲械乃薪粨Q機(jī)設(shè)備都完成了堆疊發(fā)現(xiàn)工作。隨后在每個設(shè)備的堆疊數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上開始進(jìn)行主從選舉。

完整的過程描述如下：

1、堆疊的建立

兩臺交換機(jī)啟動時，通過相互競爭，其中一臺成為堆疊主機(jī)，另一臺成為堆疊備機(jī)。競爭的規(guī)則如下：

第一，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)：已啟動并正常運(yùn)行的交換機(jī)優(yōu)先級高于正在啟動的交換機(jī)，前者成為CSS主機(jī)。

第二，堆疊的優(yōu)先級：如果運(yùn)行狀態(tài)相同，則優(yōu)先級高的交換機(jī)成為CSS主機(jī)。

第三，MAC地址大?。喝绻\(yùn)行狀態(tài)和堆疊優(yōu)先級均相同，則MAC地址小的交換機(jī)成為CSS主機(jī)。

當(dāng)2臺交換機(jī)選出主、備機(jī)后，CSS主機(jī)的主用主控板就成為堆疊系統(tǒng)的主板，CSS備機(jī)的主用主控板則成為堆疊系統(tǒng)的備板。在系統(tǒng)主板和備板之間進(jìn)行HA備份處理，CSS主機(jī)和備機(jī)的備用主控板將成為堆疊的候選系統(tǒng)備板。

2、堆疊的配置和轉(zhuǎn)發(fā)

堆疊建立后，可以通過接口板上的業(yè)務(wù)端口、系統(tǒng)主板上的串口或網(wǎng)管口登陸CSS系統(tǒng)，進(jìn)行業(yè)務(wù)配置和系統(tǒng)管理。CSS提供四維的接口視圖（框/槽/卡/端口），支持對兩臺設(shè)備中的所有端口進(jìn)行業(yè)務(wù)相關(guān)配置、操作。以框/槽為單位對兩臺設(shè)備中的所有單板進(jìn)行管理，如查詢單板信息、對單板進(jìn)行復(fù)位等操作。在CSS環(huán)境下，業(yè)務(wù)流量轉(zhuǎn)發(fā)同單框環(huán)境下的區(qū)別：跨設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)需要經(jīng)過交換網(wǎng)兩次。對于報文內(nèi)容的處理沒有區(qū)別，都需要進(jìn)行一次上、下行處理。對外呈現(xiàn)為一臺設(shè)備。

3、堆疊的分裂處理

堆疊建立后，堆疊主機(jī)和備機(jī)定時發(fā)送心跳報文以維持堆疊狀態(tài)。當(dāng)2臺設(shè)備心跳超時后，為了避免CSS線纜、CSS卡和主控板等硬件故障導(dǎo)致2臺交換機(jī)間沒有可用的CSS鏈路，以至失去通信，CSS系統(tǒng)將再分裂成2臺獨(dú)立交換機(jī)。堆疊分裂后，下述情況將引發(fā)整個網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障：2臺設(shè)備均運(yùn)行正常，且以完全相同的全局配置運(yùn)行，即以同樣的IP和MAC地址與網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備通信。因此，CSS分裂后需檢測系統(tǒng)是否有2個以相同配置運(yùn)行的設(shè)備（是否存在雙主機(jī)），并進(jìn)行相應(yīng)處理，使整個網(wǎng)絡(luò)得以正常運(yùn)行，提升堆疊系統(tǒng)的可用性。

3、集群

交換機(jī)的級聯(lián)技術(shù)一般用來實(shí)現(xiàn)多臺交換機(jī)之間的互相連接；堆疊技術(shù)用來將多臺交換機(jī)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)用來將相互連接的多臺交換機(jī)作為一個邏輯設(shè)備進(jìn)行管理，從而降低網(wǎng)絡(luò)管理成本，簡化管理操作。

所謂集群，就是將多臺互相連接（級聯(lián)或堆疊）的交換機(jī)作為一臺邏輯設(shè)備進(jìn)行管理。集群中，一般只有一臺起管理作用的交換機(jī)，稱為命令交換機(jī)，它可以管理若干臺其它交換機(jī)。在網(wǎng)絡(luò)中，這些交換機(jī)只需要占用一個IP地址（僅命令交換機(jī)需要）。在命令交換機(jī)統(tǒng)一管理下，集群中多臺交換機(jī)協(xié)同工作，大大降低管理強(qiáng)度。

交換機(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)的；集群是基于軟件實(shí)現(xiàn)的；

4、總結(jié)

編輯：黃飛

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