前言

大家好，我是薛哥。什么是交換機(jī)堆疊？堆疊是指將多臺(tái)支持堆疊特性的交換機(jī)通過(guò)堆疊線(xiàn)纜連接在一起，從邏輯上虛擬成一臺(tái)交換設(shè)備，作為一個(gè)整體參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。堆疊是目前廣泛應(yīng)用的一種橫向虛擬化技術(shù)，具有提高可靠性、擴(kuò)展端口數(shù)量、增大帶寬、簡(jiǎn)化組網(wǎng)等作用。

終將渡過(guò)成長(zhǎng)的海

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正文

堆疊是指將多臺(tái)支持堆疊特性的交換機(jī)通過(guò)堆疊線(xiàn)纜連接在一起，從邏輯上虛擬成一臺(tái)交換設(shè)備，作為一個(gè)整體參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。堆疊是目前廣泛應(yīng)用的一種橫向虛擬化技術(shù)，具有提高可靠性、擴(kuò)展端口數(shù)量、增大帶寬、簡(jiǎn)化組網(wǎng)等作用。

為什么需要堆疊？

傳統(tǒng)的園區(qū)網(wǎng)絡(luò)采用設(shè)備和鏈路冗余來(lái)保證高可靠性，但其鏈路利用率低、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本高，堆疊技術(shù)將多臺(tái)交換機(jī)虛擬成一臺(tái)交換機(jī)，達(dá)到簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)部署和降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作量的目的。堆疊具有諸多優(yōu)勢(shì)：

• 提高可靠性

  堆疊系統(tǒng)多臺(tái)成員交換機(jī)之間形成冗余備份，如下圖所示，SwitchA和SwitchB組成堆疊系統(tǒng)，SwitchA和SwitchB相互備份，SwitchA故障時(shí)，SwitchB可以接替SwitchA保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。另外，堆疊系統(tǒng)支持跨設(shè)備的鏈路聚合功能，也可以實(shí)現(xiàn)鏈路的冗余備份。

  
  

  
  堆疊示意圖

  
  

• 擴(kuò)展端口數(shù)量

  如下圖所示，當(dāng)接入的用戶(hù)數(shù)增加到原交換機(jī)端口密度不能滿(mǎn)足接入需求時(shí)，可以增加新交換機(jī)與原交換機(jī)組成堆疊系統(tǒng)擴(kuò)展端口數(shù)量。

  
  

  
  

  
  擴(kuò)展端口數(shù)量示意圖

  
  

• 增大帶寬

  如下圖所示，當(dāng)需要增大交換機(jī)上行帶寬時(shí)，可以增加新交換機(jī)與原交換機(jī)組成堆疊系統(tǒng)，將成員交換機(jī)的多條物理鏈路配置成一個(gè)聚合組，提高交換機(jī)的上行帶寬。

  
  

  
  增大帶寬示意圖

  
  

• 簡(jiǎn)化組網(wǎng)

  如下圖所示，網(wǎng)絡(luò)中的多臺(tái)設(shè)備組成堆疊，虛擬成單一的邏輯設(shè)備。簡(jiǎn)化后的組網(wǎng)不再需要使用MSTP等破環(huán)協(xié)議，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)配置，同時(shí)依靠跨設(shè)備的鏈路聚合，實(shí)現(xiàn)單設(shè)備故障時(shí)的快速切換，提高可靠性。
  
  

  
  簡(jiǎn)化組網(wǎng)示意圖

  
  

• 長(zhǎng)距離堆疊

  如下圖所示，每個(gè)樓層的用戶(hù)通過(guò)樓道交換機(jī)接入外部網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)將各相距較遠(yuǎn)的樓道交換機(jī)連接起來(lái)組成堆疊，這相當(dāng)于每棟樓只有一個(gè)接入設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更加簡(jiǎn)單。每棟樓有多條鏈路到達(dá)核心網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)變得更加健壯、可靠。對(duì)多臺(tái)樓道交換機(jī)的配置簡(jiǎn)化成對(duì)堆疊系統(tǒng)的配置，降低了管理和維護(hù)的成本。
  
  

  
  長(zhǎng)距離堆疊示意圖

有哪些設(shè)備可以堆疊？

主流交換機(jī)都支持堆疊，如華為S系列園區(qū)交換機(jī)、CloudEngine數(shù)據(jù)中心交換機(jī)都有款型支持堆疊。對(duì)于S系列園區(qū)交換機(jī)，僅盒式交換機(jī)有款型支持堆疊；兩臺(tái)框式交換機(jī)組建在一起叫集群。對(duì)于CloudEngine數(shù)據(jù)中心交換機(jī)，框式交換機(jī)和盒式交換機(jī)都有款型支持堆疊，兩者的差異在于框式交換機(jī)僅支持兩臺(tái)設(shè)備組建堆疊。

如何建立堆疊？

在介紹堆疊是如何建立之前，先介紹下堆疊建立過(guò)程中用到的相關(guān)概念。

主、被、從交換機(jī)

堆疊系統(tǒng)中所有的單臺(tái)交換機(jī)都稱(chēng)為成員交換機(jī)，按照功能不同，可以分為三種角色：

• 主交換機(jī)（Master）：主交換機(jī)負(fù)責(zé)管理整個(gè)堆疊。堆疊系統(tǒng)中只有一臺(tái)主交換機(jī)。

• 備交換機(jī)（Standby）：備交換機(jī)是主交換機(jī)的備份交換機(jī)。堆疊系統(tǒng)中只有一臺(tái)備交換機(jī)。當(dāng)主交換機(jī)故障時(shí)，備交換機(jī)會(huì)接替原主交換機(jī)的所有業(yè)務(wù)。

• 從交換機(jī)（Slave）：從交換機(jī)用于業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)，堆疊系統(tǒng)中可以有多臺(tái)從交換機(jī)。從交換機(jī)數(shù)量越多，堆疊系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)帶寬越大。

  除主交換機(jī)和備交換機(jī)外，堆疊中其他所有的成員交換機(jī)都是從交換機(jī)。當(dāng)備交換機(jī)不可用時(shí)，從交換機(jī)承擔(dān)備交換機(jī)的角色。

主交換機(jī)、備交換機(jī)和從交換機(jī)都可以進(jìn)行業(yè)務(wù)流量的轉(zhuǎn)發(fā)。添加、移除或替換堆疊成員交換機(jī)，都可能導(dǎo)致堆疊成員角色的變化。

堆疊ID

堆疊ID用來(lái)標(biāo)識(shí)堆疊成員交換機(jī)，是成員交換機(jī)的槽位號(hào)。每個(gè)堆疊成員交換機(jī)在堆疊系統(tǒng)中具有唯一的堆疊ID。

堆疊優(yōu)先級(jí)

堆疊優(yōu)先級(jí)是成員交換機(jī)的一個(gè)屬性，主要用于角色選舉過(guò)程中確定成員交換機(jī)的角色，優(yōu)先級(jí)值越大表示優(yōu)先級(jí)越高，優(yōu)先級(jí)越高當(dāng)選為主交換機(jī)的可能性越大。

堆疊的建立過(guò)程

堆疊建立的過(guò)程包括以下四個(gè)階段：

• 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求，選擇堆疊線(xiàn)纜、連接方式。不同產(chǎn)品支持的物理連接方式有差異。
  對(duì)于S系列園區(qū)盒式交換機(jī)和CloudEngine數(shù)據(jù)中心盒式交換機(jī)，支持鏈形和環(huán)形兩種連接拓?fù)洹?/span>
  對(duì)于CloudEngine數(shù)據(jù)中心框式交換機(jī)，支持SIP口連接和業(yè)務(wù)口連接兩種方式。
• 選舉主交換機(jī)。
  所有成員交換機(jī)上電后，堆疊系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行主交換機(jī)的選舉。在堆疊系統(tǒng)中每臺(tái)成員交換機(jī)都具有一個(gè)確定的角色，其中，主交換機(jī)負(fù)責(zé)管理整個(gè)堆疊系統(tǒng)。
  
  
• 分配堆疊ID和備交換機(jī)選舉。
  主交換機(jī)選舉完成后，主交換機(jī)會(huì)收集所有成員交換機(jī)的拓?fù)湫畔ⅲ鶕?jù)拓?fù)湫畔⒂?jì)算出堆疊轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)下發(fā)給堆疊中的所有成員交換機(jī)，并向所有成員交換機(jī)分配堆疊ID。之后進(jìn)行備交換機(jī)的選舉，作為主交換機(jī)的備份交換機(jī)。除主交換機(jī)外最先完成設(shè)備啟動(dòng)的交換機(jī)優(yōu)先被選為備份交換機(jī)。
  
  
• 同步軟件版本和配置文件。
  角色選舉、拓?fù)涫占瓿芍螅谐蓡T交換機(jī)會(huì)自動(dòng)同步主交換機(jī)的軟件版本和配置文件。
  
  
• 堆疊系統(tǒng)具有自動(dòng)加載系統(tǒng)軟件的功能，待組成堆疊的成員交換機(jī)不需要具有相同軟件版本，只需要版本間兼容即可。當(dāng)備交換機(jī)或從交換機(jī)與主交換機(jī)的軟件版本不一致時(shí)，備交換機(jī)或從交換機(jī)會(huì)自動(dòng)從主交換機(jī)下載系統(tǒng)軟件，然后使用新系統(tǒng)軟件重啟，并重新加入堆疊。
  
  
• 堆疊系統(tǒng)具有配置文件同步機(jī)制，主交換機(jī)保存整個(gè)堆疊系統(tǒng)的配置文件，并進(jìn)行整個(gè)堆疊系統(tǒng)的配置管理。備交換機(jī)或從交換機(jī)會(huì)將主交換機(jī)的配置文件同步到本交換機(jī)并執(zhí)行，以保證堆疊中的多臺(tái)設(shè)備能夠像一臺(tái)設(shè)備一樣在網(wǎng)絡(luò)中工作，并且在主交換機(jī)出現(xiàn)故障之后，其余交換機(jī)仍能夠正常執(zhí)行各項(xiàng)功能。