技術產品介紹：詳解可堆疊交換機(圖)

2019-11-05 01:53:04

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供稿：網友

　　可堆疊交換機的出現
　　
　　固定端口交換機（如：24個10／100M端口或48個10／100M端口交換機）由于其配置簡單、成本低一直在網絡邊緣和企業中得到廣泛使用。但是當網絡規模不斷提高時，固定端口交換機的可擴展性受到極大挑戰。堆疊交換機則解決了這一問題。將幾個交換機通過專用的堆疊模塊相連可以成倍地提高網絡接入層的端口密度。有些廠家的交換機經過堆疊后可以作為一個網元治理，這更簡化了網絡結構。
　　
　　可堆疊交換機的優勢
　　
　　可堆疊交換機具有迅速部署、良好的價值、可伸縮性以及易于治理等優點，目前得到了廣泛的應用，非凡是在電子商務應用中尤為流行。
　　
　　但是，完全根據每個用戶端口的價格來評估一臺可堆疊交換機并不能反映所有情況。事實上，假如廠商根據不符合實際條件的配置來計算每端口價格或做出其它斷言的話，只根據價格因素來判定一種產品可能會誤導用戶。
　　
　　堆疊技術面臨的挑戰
　　
　　今天的流量模型正在走向多元化，如語音和圖像的即時通信使得客戶端到客戶端的訪問劇增，邊緣交換機間的流量越來越大。這些都是以往的可堆疊交換機所沒有面對的。
　　
　　首先碰到的問題就是堆疊帶寬。我們知道交換機的轉發能力通常可以使各端口間進行線速交換，但是交換機之間的堆疊帶寬是多少呢？看看今天市場上的交換機吧，堆疊帶寬通常是1Gbps。北電網絡的BayStack 470可以提供2.5Gbps的堆疊帶寬。但是當跨交換機的流量很大時，我們是不是需要更大的堆疊帶寬呢？
　　
　　其次，堆疊引入了設備可靠性的問題。當整個堆疊中一個交換機或一條堆疊電纜出現故障時會不會影響其他交換機的工作？網管會不會出問題？多長時間才能恢復正常？市場上大部分交換機雖然有專用的堆疊模塊，但仍沿用千兆接口互聯的原理。當多個交換機被堆疊電纜連成一個環后看起來像是一個網絡設備，但其實就如同用千兆接口把它們穿在一起一樣。由于Spanning Tree的原因，這些堆疊電纜中的一條會被協議阻斷，嚴重影響轉發性能。當整個堆疊中的一個交換機或一條堆疊電纜發生故障時，Spanning Tree重新收斂，網絡將會有至少幾十秒鐘的不可用時間，這對于今天的用戶是不能接受的。在這種情況下，語音、視頻、電子交易等要害應用會受到嚴重影響。
　　
　　在1995年，當BayStack 450交換機問世時，北電網絡就解決了這些問題。BayStack 450提供“安全的堆疊”（2.5Gbps），在發生故障時可在一秒鐘內自愈。這種“安全的堆疊”不僅在設備萬一發生故障時提供保護，更在用戶升級網絡時提供不中斷的業務保障。隨著用戶業務的增長，網絡規模必將擴大。當接入交換機需要擴容時我們不可避免地需要將堆疊打開并加入新的交換機。“安全的堆疊”使得這一過程并不影響正在工作的交換機。這種堆疊技術還使整個堆疊用一個ip地址進行網管，如同一個網絡設備。
　　
　　話音、圖像、數據和存儲業務的融合使越來越多的業務基于網絡，人們可以在他們的桌面做更多的事情，網絡邊緣的壓力在與日俱增。除了堆疊技術外，邊緣交換機在諸如性能、可靠性、安全性、QoS、可治理性等多方面受到挑戰。
　　
　　可堆疊交換機的特性
　　
　　堆疊帶寬
　　
　　目前堆疊交換機最大的難題就是如何從硬件上解決堆疊帶寬的不足問題。目前市面上大多數交換機是通過千兆擴展插槽進行堆疊，堆疊帶寬只有2Gbps，很輕易造成數據流的堵塞。因此，要盡量選擇堆疊帶寬高的產品。現在，堆疊帶寬可達到幾十Gbps。
　　
　　目前，市場上不少堆疊交換機的堆疊數量能達到6臺到9臺，甚至更高，這種高堆疊功能可以實現網絡的靈活擴展。但有一點需要注重，在實現高堆疊的同時，必須兼顧交換機的性能不受影響。
　　
　　堆疊方式
　　
　　堆疊交換機一般有兩種堆疊方式：星型堆疊和菊花鏈式堆疊。菊花鏈式堆疊是一種基于級聯結構的堆疊技術，對交換機硬件上沒有非凡的要求，通過相對高速的端口串接和軟件的支持，最終實現構建一個多交換機的層疊結構，通過環路，可以在一定程度上實現冗余。菊花鏈式堆疊模式，不存在拓撲治理，適用于高密度端口需求的單節點機構，可用于網絡邊緣。而星型堆疊模式適用于要求高效率高密度端口的單節點LAN，星型堆疊模式克服了菊花鏈式堆疊模式多層次轉發時的高時延影響，但需要提供高帶寬矩陣，成本較高，而且矩陣接口一般不具有通用性，無論是堆疊中心還是成員交換機的堆疊端口都不能用來連接其他網絡設備。
　　
　　創新的FAST技術
　　
　　北電網絡創新的FAST技術使得堆疊中的交換機之間可以同時傳輸雙向數據，整個堆疊的帶寬高達640Gbps。每個交換機與上下相鄰單元間都具有40Gbps的全雙工帶寬。FAST技術還在堆疊中提供了優化的數據傳送—最短路徑算法。例如一個堆疊中有8個交換機。當第三個交換機要發一個數據包給第二個交換機時，這個包不會被送到第四個然后到第五個……依此類推，最后經過第一個交換機才傳到第二個。FAST技術采用最短路徑算法使得交換機間的數據傳送總是選用最短路徑（在第二和第三個交換機間的全雙工40Gbps連接上直接傳送）。這不僅提高了堆疊帶寬的使用效率，也減少了數據傳輸的時延。
　　
　　FAST技術還繼續了以往“安全的堆疊”的優點。它可以使網絡平滑升級，在萬一發生故障的時候不致影響用戶業務。當在堆疊中加入新交換機時只需進行簡單的連接，FAST技術使其成為“即插即用”的過程。
　　
　　多種端口
　　
　　目前來看，許多交換機都提供了以太網10/100Mbps端口。但面臨技術的迅速發展，建議可以考慮還能提供1000Mbps端口和GBIC端口的交換機，以保證未來千兆接入和光纖接入的需要。且注重堆疊鏈路是否能實現全雙工和堆疊單元和上行鏈路的冗余性，以及是否存在單一故障點，星型的堆疊結構往往存在單一故障點。
　　
　　可用性
　　
　　可堆疊交換機堆疊后作為一個獨立單元運行，這就需要設備具備高可用性，不能因為一個堆疊單元出現問題，而影響整組設備的運行。因此，選擇可堆疊交換機需要具備即插即用等高可用性的智能化特性。
　　
　　可治理性
　　
　　許多研究證實，在產品生命期中涉及到運行和治理的費用比產品的最初購買費用要更多。因此，可治理性成為評估總體價值的另一項要害因素。可堆疊交換機固有的優勢，在于治理單一邏輯實體比治理多臺必須獨立配置和監控的設備更輕易。但是，這里仍有其它一些需要研究的因素，包括用于優先數據流的服務質量（QoS）、執行策略的能力、治理VLAN傳輸流的能力以及易于治理和操作性。
　　
　　為了簡化治理工作，可堆疊交換機要能夠提供基于Web的多種治理方式，以及能跨交換機作相應配置和軟件升級等。
　　
　　安全性
　　
　　在安全問題上，交換機最好能夠提供全面的安全功能，包括ACL、身份認證、端口隔離、支持802.1x及VLAN功能等，因為用戶對于網絡的安全方面要求越來越高。而最佳的網絡安全控制應當從網絡邊緣即網絡與外網或者用戶接入處開始，將網絡的安全屏蔽及策略執行能力分散到網絡的邊緣。
　　
　　對于企業網來說，通常要在用戶訪問不同的網絡服務資源時，進行認證和訪問控制。簡單的如MAC地址與端口綁定，限制特定用戶從特定端口接入。另外，接入認證方面，目前發展較快的是802.1x認證標準，而且，802.1x認證還可結合動態VLAN劃分、動態ACL等。
　　
　　ACL可以對個別用戶或特定的數據流進行答應或者拒絕的控制，以嚴格限制局域網資源的訪問，也可以用來加強網絡的安全屏蔽。從簡單的Ping to Death攻擊、TCP Sync攻擊，一直到更多樣化更復雜的黑客攻擊，ACL都可以起到一定的屏蔽作用。
　　
　　服務質量（QoS）
　　
　　多媒體業務要求提供端到端的服務質量，要求從邊緣堆疊接入層設備到核心層設備都能夠提供統一的QoS特性。邊緣堆疊交換機作為QoS的入站點或出站點，扮演著極為要害的角色。邊緣堆疊交換機或者讀取用戶設置的QoS并加以執行，或者對于不可信任的來源，采取重行分類、重行標記QoS并加以執行的方式，以實現端到端的QoS。QoS包括二層的CoS（服務等級）、三層的IP優先等級的做法，以及差分服務（DiffServ）。因此，對QoS提供硬件支持能力是智能堆疊交換機的要害功能之一。
　　
　　網絡流量統計與監控能力
　　
　　網絡流量統計與監控能力是邊緣堆疊交換機的重要功能。流量治理的實現方式很多，從簡單的SNMP、RMON到復雜的RMONII、Netflow、sFlow等。評價流量治理技術的要害在于以下幾點：一是流量治理的范圍；二是能否支持二到四層全面流量信息監控，是否同時支持多個端口；三是流量治理的成本；四是能否需要添加額外的軟件、硬件；五是流量監控是否影響設備性能；六是流量的監控是否占用大量的設備CPU以及內存，是否降低設備的數據轉發能力。
　　
　　傳統的流量治理包括SNMP、RMON、RMON v2等。SNMP、RMON獲取的為設備端口統計信息等無法監控數據流的信息，包括二、三、四層數據包信息等。RMONII技術能采集具體的流量信息，但是由于對網絡設備本身的CPU、內存等資源開銷占用造成相當程度的影響，所以很少在交換機設備上實現，一般是通過專用的設備實現，因此通常無法覆蓋全網，無法實時監控，這些都使得全網的監控與統計無法達到令人滿足的表現。
　　
　　性能
　　
　　對于上述特性，還需強調的是其實現方式。傳統的方式基于CPU實現，而今后的發展趨勢是采用硬件處理，在啟動ACL、端口速率限制、流量監控的同時，不會影響到二層或三層交換設備線速轉發數據包的能力。同樣，對于組播業務，有大量的組播數據包需要由交換機進行復制之后，分發到多個接收端口。因此，組播包的復制性能是確保組播業務順利開展的要害。應當確保在所選擇的交換機上，組播包的復制是由硬件ASIC芯片來完成，而不是由CPU來完成的。
　　
　　代表產品
　　
　　高端型產品（智能化接入層交換機）：
　　
　　思科 Catalyst 3550
　　　技術產品介紹：詳解可堆疊交換機(圖)

　　Cisco Catalyst 3550系列智能化以太網交換機是一個可堆疊的多層企業級交換機系列，可以提供高水平的可用性、安全性和服務質量，從而提高網絡的運行效率。因為具有多種快速以太網和千兆位以太網配置，因此Catalyst 3550系列既可以作為一個功能強大的接入層交換機，用于中型企業的布線室；也可以作為一個小型網絡的骨干網交換機。客戶可以在整個網絡中部署多種智能化服務，例如高級QoS、速度限制、思科安全訪問控制列表、組播治理和高性能的IP路由——同時保持傳統局域網（LAN）交換的簡便性。內嵌在Cisco Catalyst 3550系列交換機中的思科集群治理套件（CMS）讓用戶可以利用任何一個標準的Web瀏覽器，同時配置和診斷多個Catalyst桌面交換機。Cisco CMS軟件提供了新的配置向導，它可以大幅度簡化融合網絡和智能化網絡服務的部署。
　　
　　Catalyst 3550-24 PWR交換機可以為結合了思科IP電話和/或Cisco Aironet無線LAN接入點的部署提供較低的總擁有成本。通過在每個10/100端口上提供最高15瓦的饋線供電，這款交換機可以提供最大限度的設備支持，并能去除為每個IP電話或者無線LAN接入點安裝墻壁電源的需要，從而簡化新技術的部署。另外，通過Catalyst 3550-24 PWR交換機供電還可以避免為無線LAN和IP電話部署鋪設額外的電源線的成本。在將一臺Catalyst 3550交換機與思科冗余電源系統675（RPS 675）集成到一起時，可以為融合式語音和數據網絡提供最大限度的電源可用性。這種配置可以無縫地防范內部電源故障的影響，并利用一個不間斷電源（UPS）系統避免電源忽然中斷所帶來的影響。
　　
　　主流型產品（2個可擴展槽）：
　　
　　華為 Quidway S2026C-SI
　　　技術產品介紹：詳解可堆疊交換機(圖)

　　Quidway S2026C-SI是Quidway S2026 SI系列中的一款可堆疊交換機，這款交換機提供了24個10/100Mbps自適應端口和2個可擴展插槽，同DES-3624一樣，2個可擴展插槽可以連接華為3COM公司提供的堆疊模塊，通過專用堆疊電纜可實現16臺Quidway S2026 SI系列交換機的堆疊，在16臺交換機堆疊之后可提供384個10/100Mbps自適應端口給企業用戶使用，并且這款交換機也可同華為3COM公司的S3000系列交換機進行混合堆疊。Quidway S2026C-SI的擴展插槽也可連接百兆光纖，實現百兆網絡的連接。這款交換機的性能比較讓人滿足，它具有9.6Gbps的背板帶寬和3.87Mpps的包轉發率。
　　
　　Quidway S2026C-SI支持帶寬限速功能，治理員可通過這項功能防止用戶惡意占用網絡帶寬，有效利用網絡資源。這款交換機支持IEEE 802.1X協議，用戶在登陸這款交換機時，必需通過正確的用戶名和密碼，才能訪問，大大提高了網絡的安全性。Quidway S2026C-SI除了具有上面這些功能外，它還支持端口與MAC地址綁定，能夠控制廣播風暴，支持端口鏡像等功能，大大提高了這款交換機的可用性。Quidway S2026C-SI采用了專用的QuidView和iManager網管系統進行配置和治理，讓這款交換機在專用的治理軟件下發揮更多的功能。
　　
　　點評：這款交換機的性能雖然不如DES-3624那樣強勁，但它堆疊的交換機數量多，當達到16臺交換機堆疊后，其性能遠遠超過了DES-3624。Quidway S2026C-SI的功能也讓人滿足，非凡是它的治理系統采用了專用的治理軟件。不過這款交換機并不支持千兆上連，多少讓人覺得有點遺憾。
　　
　　經濟型產品（無千兆擴展）：
　　
　　美國網件 JFS524
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　　美國網件公司推出的這款非網管 10/100 快速以太網交換機為小型辦公網絡提供了擴展的連接性，因此用戶不再需要相互爭用帶寬。它包括所有不可或缺的特性：自動速度和全/半雙工檢測、每端口 200 Mbps 吞吐量、Auto Uplink，而且以價值意識的企業所有者不可忽略的經濟價格提供。可以辦公網絡提供經濟有效的解決方案。
　　
　　提供提供24個10/100Mbps自適應端口，支持全雙工，和半雙工自動調協工作模式。而且是一款可堆疊交換機。支持SNMP協議，具有簡單的網管功能。適合于對網絡環境要求比較高的用戶。

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