[ZT]交换机的堆叠与级联基础

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    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（如图1所示），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（如图2所示），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。

图1 1000Base-T GBIC模块

图2 1000Base-SX GBIC模块

    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。

图3 安装在GBIC插槽中的GBIC模块

 　　● 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。如图4所示为适用于Cisco Catalyst 2950/3550的GigaStack GBIC堆叠模块。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。

图4 Cisco GigaStack GBIC堆叠模块和电缆

 　　（2）SFP

　　SFP（Small Form-factor Pluggables）可以简单的理解为GBIC的升级版本。SFP模块（如图5所示）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）。

图5 SFP模块

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。

    上篇我们介绍了堆叠的基本知识，本文我们将详细介绍具体的堆叠技术及其优缺点。

　　不仅相同品牌或不同品牌的交换机之间都可以通过级联的方式而扩展端口，而且交换机和集线器之间也可以通过级联的方式进行。因此，级联通常是解决不同品牌交换机如何连接的有效手段。

　　双绞线端口的级联

　　级联既可使用普通端口也可使用特殊的MDI-II端口。当相互级联的两个端口分别为普通端口（即MDI-X）端口和MDI-II端口时，应当使用直通电缆。当相互级联的两个端口均为普通端口（即MDI-X）或均为MDI-II端口时，则应当使用交叉电缆。

　　无论是10Base-T以太网、100Base-TX快速以太网还是1000Base-T千兆以太网，级联交换机所使用的电缆长度均可达到100米，这个长度与交换机到计算机之间长度完全相同。因此，级联除了能够扩充端口数量外，另外一个用途就是快速延伸网络直径。当有4台交换机级联时，网络跨度就可以达到500米。这样的距离对于位于同一座建筑物内的小型网络而言已经足够了！

　　1.使用Uplink端口级联

　　现在，越来越多交换机（Cisco交换机除外）提供了Uplink端口（如图6所示），使得交换机之间的连接变得更加简单。

图6 Uplink端口

　　Uplink端口是专门用于与其他交换机连接的端口，可利用直通跳线将该端口连接至其他交换机的除Uplink端口外的任意端口（如图7所示），这种连接方式跟计算机与交换机之间的连接完全相同。需要注意的是，有些品牌的交换机（如3Com）使用一个普通端口兼作Uplink端口，并利用一个开关（MDI/MDI-X转换开关）在两种类型间进行切换。

图7 利用直通线通过Uplink端口级联交换机

　　2.使用普通端口级联

　　如果交换机没有提供专门的级联端口（Uplink端口），那么，将只能使用交叉跳线，将两台交换机的普通端口连接在一起，扩展网络端口数量（如图8所示）。需要注意的是，当使用普通端口连接交换机时，必须使用交叉线而不是直通线。

图8 利用交叉线通过普通端口级联交换机

　　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个，分别是一发一收。当然，光纤跳线也必须是2根，否则端口之间将无法进行通讯。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”（如图9所示）。令人欣慰的是，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。

图9 光纤端口的级联

　　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（如图10所示）。

图10 核心交换机与骨干交换机的连接

　　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，也就是说，如果综合布线时使用的多模光纤，那么，交换机的光纤接口就必须执行1000Base-SX标准，也必须使用多模光纤跳线；如果综合布线时使用的单模光纤，那么，交换机的光纤接口就必须执行1000Base-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1000Base-T不同，1000Base-SX、1000Base-LX/LH和1000Base-ZX均不能支持自适应，不同速率和双工工作模式的端口将无法连接并通讯。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1000Mbps的光纤端口与100Mbps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。

    堆叠和级联的区别

   级联是通过集线器的某个端口与其它集线器相连的，如使用一个集线器UPLINK口到另一个的普通端口；而堆叠是通过集线器的背板连接起来的，它是一种建立在芯片级上的连接，如2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)是多台交换机或集线器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10M和100M的要求不同)，而堆叠各个厂家的设备会标明最大堆叠个数。

    从上面可看出级联相对容易，但堆叠这种技术有级联不可达到的优势。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，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，两个百兆交换机通过一根双绞线级联，则它们的级联带宽是百兆。这样不同交换机之间的计算机要通讯，都只能通过这百兆带宽。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1G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。

    级联还有一个堆叠达不到的目的，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100米，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，所以堆叠时应予考虑。 　堆叠和级联各有优点，在实际的方案设计中经常同时出现，可灵活应用。

    级联是通过集线器的某个端口与其它集线器相连的，而堆叠是通过集线器的背板连接起来的。虽然级联和堆叠都可以实现端口数量的扩充，但是级联后每台集线器或交换机在逻辑上仍是多个被网管的设备，而堆叠后的数台集线器或交换机在逻辑上是一个被网管的设备。

　　需要注意的是，多模光纤有两种类型，即62.5/125μm和50/125μm。虽然交换机的光纤端口完全相同，而且两者也都执行1000Base-SX标准，但光纤跳线的芯径必须与光缆的芯径完全相同，否则，将导致连通性故障。

　　另外，相互连接的光纤端口的类型必须完全相同，或者均为多模光纤端口，或者均为单模光纤端口。一端是多模光纤端口，而另一端是单模光纤端口，将无法连接在一起。

的堆叠与级联刊登后，我们陆续接到不少读者的来信，与我们讨论有关交换机级联的问题。所以我们将再介绍一些有关高端交换机级联的相关内容。

　　光电收发器的连接

　　当建筑物之间或楼层之间的采用光缆，而水平布线采用双绞线时，可以采用两种方式实现两种传输介质之间的连接。一是采用同时拥有光纤端口和RJ-45端口的交换机，在交换机之间实现光电端口之间的互连;二是采用廉价的光电转换设备，一端连接光纤一端连接交换机的双绞线端口，实现光电之间的相互转换。如图1所示为光电收发器。

　　相比较而言，化交换机的传输性能更高，而光电转换设备的价格更低。因此，应当根据网络的数据传输需要和投资额度决定采用哪种设备。需要注意的是，并非全部光纤收发器都支持全双工，部分产品只支持半双工。因此，应当在选购时注意鉴别。另外，考虑到兼容性，建议选用相同品牌和类型的产品。

　　光电收发器的一端使用光纤跳线连接至光纤配线架，实现与远端光纤接口的连接;另一端使用双绞线跳线连接至交换机的RJ-45端口，实现与交换机上其他计算机间连接，从而完成网络骨干的光纤传输。

　　当网络直径过大，已经远远超出双绞线所能支持的传输距离时，都会借助于光纤进行传输。如果网络用户较量较少，仅仅是为了实现远距离通讯，对网络性能和数据传输速率没有太高要求，可以在两端均使用光电收发器+普通RJ-45端口交换机的方式，从而大幅降低网络成本。

　　如果整个网络连接有多幢建筑，而且对数据传输性能要求较高，只是某个子网无需较高的性能，则可以只在一端使用光电收发器，而另一端使用带有光纤接口的中心或骨干交换机，从而在保证整体网络性能的同时，提高网络的性价比。

　　连接光电收发器与交换机时，应当注意以下几个方面的问题：

　　●连接光电收发器与交换机的双绞线跳线应当为直通线。有些光纤收发器提供一个MDI/MDI-X按钮开关，当使用交叉线时应当按下MDI/MDI-X开关按钮，而使用直通线时，则无需按下该按钮。事实上，只要LED指示灯变绿即为连通状态，否则，说明连接跳线或开关按钮有问题。

　　●连接光电收发器与光纤配线架的光纤跳线通常为ST-SC，SC端连接至光电收发器，ST端连接至光纤配线架。

　　●光纤跳线的类型与芯径必须与布线中使用的光纤完全相同。

　　冗余连接及其实现

　　无论什么设备都无法保障运行的绝对稳定性，即使再优秀的产品也无法保证24×7不间断的工作。除去设备或模块损坏、传输线路中断等硬件故障原因以外，还可能由于网络流量过载、任务负荷过大而导致核心交换机瘫痪。因此，若欲保障网络的稳定性，保证重要服务不被中断，就必须采取必要的应对措施。通常情况下，这种措施就是冗余连接，即在核心交换机与骨干交换机之间，以及交换机与之间创建多个连接。

　　1. EtherChannel

　　EtherChannel和Port Trunking(多干路冗余连接)技术，将交换机上的多个端口在物理上连接起来，在逻辑上捆绑在一起，形成一个拥有较大带宽的端口，组成一个干路，既可以增加交换机之间，以及交换机与服务器之间的连接带宽，实现均衡负载，又可提供冗余连接。当所有端口都正常工作时，绑定的带宽为所有端口带宽之和。当某个端口宕掉后，其他端口仍能维持正常连接。Cisco的EtherChannel有两个级别，即Fast EtherChannel和Giga Etherchannel，最大带宽分别为400Mbps和4Gbps。

　　2. Spanning Tree

　　Spanning Tree实现冗余连接的工作方式是Stand By。在交换机之间创建两条链路，由于交换机之间存在两条链路时会导致拓扑环(如图3所示)，因此，借助于Spanning Tree技术使得除了一条链路工作外，其余链路实际上是处于待机(Stand By)状态，这显然影响传输的效率。