3.5 交换机的互连技术

3.5.1 交换机的互连方式

当单一的交换机所能提供的端口数量不足以满足网络计算机的需求时，可以通过增加模块或通过两台以上的交换机互连来达到目的。多台交换机的互连主要有级联（Uplink）和堆叠（Stack）两种方式。

1.交换机的级联

交换机级联是最常用的一种多台交换机互连的方式，通过交换机上的RJ-45端口、Uplink端口（级联口）或光纤端口进行连接。

① 通过两个RJ-45端口级联。采用交叉双绞线，两端分别接入两台交换机的某个RJ-45端口即可，如图3-20所示。

② 通过RJ-45端口和Uplink端口级联。采用直通双绞线，一端接一台交换机的Uplink端口，另一端接另一台交换机的RJ-45端口即可，如图3-21所示。

③ 光纤端口的级联。该方式是采用室内光纤（尾纤），通过光纤端口将近距离的交换机进行连接；对于楼栋之间或远距离的交换机，需要采用室外光纤、光纤端接盒和室内光纤才能将交换机进行连接。在网络工程实际应用中，核心交换机、汇聚交换机以及接入交换机之间一般都采用此种级联方式。

级联的优点：级联式结构化网络有利于综合布线，是目前主流的连接技术之一，易理解，易安装，不用考虑交换机的性能和端口属性，可以方便地实现大量端口的接入，通过统一的网管平台，可以实现对全网络设备的统一管理。

级联的缺点：当交换机级联层数较多时，层次之间存在较大的收敛比，将出现较大的延时。解决方法是提高交换机的性能或是减少级联的层次。需要注意的是，交换机不能无限制级联，超过一定数量的交换机进行级联，最终会引起网络广播风暴，导致网络性能严重下降甚至瘫痪。

2.交换机的堆叠

交换机的堆叠就是交换机用堆叠线通过堆叠模块把两台或多台交换机连接起来。

交换机上的堆叠模块有两个端口：一个是进口（IN或UP向上线），一个是出口（OUT或DOWN向下线），用厂商提供的一条专用连接电缆（堆叠线），从一台交换机的DOWN堆叠端口直接连接到另一台交换机的UP堆叠端口，如图3-22所示。

堆叠的优点：

① 通过堆叠，可以扩展端口密度，因为堆叠的端口数是由堆叠所有成员设备的端口相加得到，所有的端口可以当做一个设备的端口。

② 方便用户的管理操作。通过堆叠，用户可以将一组交换机作为一个逻辑对象，用一个IP来管理，减少IP地址的占用且方便管理。

③ 扩展上链带宽。如8台S2126G/S2150G交换机堆叠，上链可以有8个千兆位端口，8个千兆位端口形成聚合端口，带宽可达8 Gbps。

堆叠的缺点：堆叠交换机的数目有限制；要求堆叠成员离自己的位置足够近。

注意：① 要从一台交换机的UP堆叠端口连接到另一台交换机的DOWN堆叠端口，不能接错；② 使用堆叠后就不要再使用级联，不然会产生环路，导致网络风暴；③ 锐捷产品中某些交换机具有自动堆叠功能，如S2126G/S2150G系列交换机，当用户将多台设备通过堆叠模块和堆叠线连接起来后启动交换机，交换机会自动切换到堆叠管理模式；④ 一般最多允许对8台交换机进行堆叠。

3.堆叠和级联的区别

① 实现的方式不同。堆叠和级联的主要目的是增加端口密度，级联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实现；而堆叠技术只能在相同厂家的设备之间，且此设备必须具有堆叠功能才可实现。

② 设备数目限制不同。交换机的级联在理论上没有级联个数限制（集线器级联有个数限制，且10Mbps与100Mbps的要求不同），而堆叠各个厂家的设备会标明最大堆叠个数。

③ 连接后性能不同。级联通过交换机的某个端口与其他交换机相连，如使用一个交换机UPLINK端口到另一个的普通端口。级联是有上下级关系的，多个设备级联会产生级联瓶颈。当层次太多时，级联就会产生较大的延时且每层的性能不同，最后一个的性能最差；而堆叠是通过交换机的背板连接起来的，它是一种建立在芯片级上的连接，交换机任意两端口之间的延时是相等的，即为每一台交换机的延时。

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。而这样的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。

④ 连接后逻辑属性不同。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，如果用户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。

⑤ 连接距离限制不同。一般级联可以增加连接距离。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100m，则可在中间再放置一台交换机，使计算机与此交换机相连。堆叠线缆最长一般也只有几米，一般堆叠的交换机处于同一个机柜中。

3.5.2 交换机堆叠的管理

（1）堆叠中的成员及优先级

当堆叠建立之后，只有通过主机串口才能执行管理，所以要在建立堆叠之前先选定一台主机，并在单交换机模式下将其优先级修改为较高优先级，保证其在堆叠中为主机。设备优先级从低到高为1～10，出厂默认设置为1。堆叠启动后可用show member命令显示堆叠成员的信息，并可以根据堆叠成员MAC地址信息来确定堆叠中的设备以及排列顺序。

当确认主机之后，也可以根据堆叠线连接确定堆叠中的设备和排列顺序。主机堆叠模块的DOWN口连接的设备为“设备2”，设备2堆叠模块DOWN口连接的设备为堆叠中的“设备3”，以此类推。一般情况下，将需要堆叠的设备从设备1～N依次摆好后，再连接堆叠线以方便管理。

在堆叠中，系统首先根据设备优先级来确定堆叠的主机，优先级最高的设备将成为堆叠的主机；如果系统中多台设备的优先级相同，且没有更高优先级的设备存在，则系统根据设备的MAC地址确定堆叠的主机。比如，堆叠包含两台设备，二者的优先级都为1，此时MAC地址小的设备将成为主机；如果设备1的优先级为1，设备2的优先级为2，则设备2成为堆叠中的主机。

（2）交换机堆叠的启动和停止

在启动阶段，如果交换机的插槽内未插堆叠模块，则工作在单交换机模式下；如果交换机的插槽内插有堆叠模块，将检测堆叠链路是否连通，若堆叠链路能够正常连通，则工作在堆叠模式下；若交换机在经过一段时间的检测，发现堆叠链路仍无法正常连通，则工作在单交换机模式下。

在堆叠环境中，若堆叠电缆连接中断，对堆叠的管理操作将会失败，如果在10 s内堆叠电缆恢复连接，则堆叠环境可以恢复正常工作，否则堆叠中的主机将发送堆叠链接中断通告出去。此时堆叠无法正常工作，网管人员需要恢复堆叠电缆连接。如果正常恢复，堆叠中的主机将发送堆叠链接恢复的通告。

若交换机插有堆叠模块并工作在单交换机模式下，此时相邻的交换机通电，该交换机将自动复位并试图重新建立堆叠。在网络流量过大的情况下，对堆叠的管理操作将会失败，此时不必重新启动交换机，待网络流量减小后，堆叠环境中的交换机又可恢复正常工作。

堆叠不支持热插拔，也就是说，不能在堆叠运行过程中插入、移出、更换成员设备。如果这么做，则堆叠系统会重新启动，重新建立堆叠。在稳定工作的堆叠环境中，若任何一台交换机断电并重新通电，堆叠中的所有其他交换机将自动复位并重新竞选，构建新的堆叠。

堆叠的参数信息保存在堆叠的主机上。堆叠启动初始化时，只使用在主机上的参数文件初始化整个堆叠系统。如果用户修改堆叠成员设备优先级导致主机修改，则原堆叠配置会丢失，堆叠使用新主机的配置文件来初始化堆叠。用户执行setup操作不影响设备的优先级配置。

3.5.3 交换机堆叠模式下的配置

1.进入堆叠中的指定设备

模式：全局配置模式。

命令：member member

参数：member为堆叠中的设备号，范围为1～最大设备号。

2.给设备设置别名

用户可以为堆叠的每台设备设置一个别名。

模式：全局配置模式。

命令：device-description member [member] description

参数：member为设备号，范围为1～最大设备号，不指明设备号则默认对设备1进行配置。description是对指定设备所要设置的别名。

3.配置堆叠的端口

由于堆叠中包含多台设备，在进行物理端口相关配置时需要指明物理端口所属设备的设备号，以便唯一确定该物理端口，其端口的编号规则为：设备号/插槽号/端口在插槽上的编号。端口所属的设备号可以由show version devices命令来查询，端口的插槽号和端口在插槽上的编号的规则与单交换机模式下相同。堆叠的每台成员设备通过堆叠模块和其他成员设备连接起来，堆叠模块会占用一个插槽，因此，用户不能对堆叠模块所在插槽进行配置。

端口的配置命令与单交换机模式下相同。

【配置举例】 将堆叠中的2号设备命名为maths，该设备的fastethernet0/1-3号端口设置为trunk port。

              switch#configure terminal                                  进入全局配置模式
              switch(config)#member 2                                    进入设备2进行配置
              switch@2(config)#device-description maths                  设置设备2 的设备别名为maths
              switch@2(config)#interface range fa0/1-3                   对设备2上的端口fa0/1-3进行配置
              switch@2(config-if)#switchport mode trunk                  将这些端口设置为trunk port

4.设置设备的优先级

不管在单交换机模式下还是在堆叠模式下，允许用户用命令设置设备的优先级。

模式：全局配置模式。

      命令：device-priority[member]priority                 设置设备的优先级
            default device-priority                         恢复优先级默认值

参数：Priority是设备的优先级别，范围为1～10，默认值为1。member为设备号，在堆叠模式下，设备号为1～设备个数，单交换机模式下设备号只能为1，未指明设备号则默认对设备1进行设置。

说明：设备的优先级设置完毕要重新启动后才能生效。

【配置举例】 在单交换机模式中设置设备的优先级为3，在堆叠模式中设置设备2的优先级为8。

              switch#configure terminal                                  进入全局配置模式
              switch(config)#device-priority 3                           设置设备的优先级为3
              switch(config)#end                                         回到特权模式
              switch#show version devices                                显示设备信息
              switch#configure terminal                                  进入全局配置模式
              switch(config)#device-priority 2 8                         设置设备2的优先级为8
              switch(config)#end                                         回到特权模式
              switch#show version devices                                显示设备信息

5.查看堆叠信息

可以在特权模式下使用下列命令来显示堆叠的硬件信息和堆叠的成员信息。

模式：特权模式。

      命令：show version devices                        显示交换机当前的设备信息
            show version slots                          显示交换机当前的插槽和模块信息
            show member[member]                         显示设备的成员信息

6.文件同步

在堆叠环境中，允许用户将主交换机上的文件同步到所有从交换机上。

模式：特权模式。

命令：synchronize {web |exec|flash: filename}

参数：web 表示同步所有的Web相关文件；exec 表示同步主程序文件；flash:filename表示同步flash中由filenam指定的文件。

说明：在单交换机模式下，该功能无效。

【配置举例】同步所有的Web相关文件到从交换机上。

              switch#synchronize web

在堆叠环境下，用户从TFTP或xmodem下载文件时，在文件下载成功后，系统自动将文件同步到所有的从交换机上。