到底什么是交换机堆叠?

简介: 到底什么是交换机堆叠?

堆叠是指将多台支持堆叠特性的交换机通过堆叠线缆连接在一起,从逻辑上虚拟成一台交换设备,作为一个整体参与数据转发。堆叠是目前广泛应用的一种横向虚拟化技术,具有提高可靠性、扩展端口数量、增大带宽、简化组网等作用。

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为什么需要堆叠?

传统的园区网络采用设备和链路冗余来保证高可靠性,但其链路利用率低、网络维护成本高,堆叠技术将多台交换机虚拟成一台交换机,达到简化网络部署和降低网络维护工作量的目的。堆叠具有诸多优势:

  • 提高可靠性
    堆叠系统多台成员交换机之间形成冗余备份,如下图所示,SwitchA和SwitchB组成堆叠系统,SwitchA和SwitchB相互备份,SwitchA故障时,SwitchB可以接替SwitchA保证系统的正常运行。另外,堆叠系统支持跨设备的链路聚合功能,也可以实现链路的冗余备份。

    堆叠示意图
  • 扩展端口数量
    如下图所示,当接入的用户数增加到原交换机端口密度不能满足接入需求时,可以增加新交换机与原交换机组成堆叠系统扩展端口数量。

  • 扩展端口数量示意图
  • 增大带宽
    如下图所示,当需要增大交换机上行带宽时,可以增加新交换机与原交换机组成堆叠系统,将成员交换机的多条物理链路配置成一个聚合组,提高交换机的上行带宽。

  • 增大带宽示意图
  • 简化组网
    如下图所示,网络中的多台设备组成堆叠,虚拟成单一的逻辑设备。简化后的组网不再需要使用MSTP等破环协议,简化了网络配置,同时依靠跨设备的链路聚合,实现单设备故障时的快速切换,提高可靠性。

  • 简化组网示意图
  • 长距离堆叠
    如下图所示,每个楼层的用户通过楼道交换机接入外部网络,现将各相距较远的楼道交换机连接起来组成堆叠,这相当于每栋楼只有一个接入设备,网络结构变得更加简单。每栋楼有多条链路到达核心网络,网络变得更加健壮、可靠。对多台楼道交换机的配置简化成对堆叠系统的配置,降低了管理和维护的成本。

    长距离堆叠示意图

华为有哪些设备可以堆叠?

华为S系列园区交换机、CloudEngine数据中心交换机都有款型支持堆叠。对于S系列园区交换机,仅盒式交换机有款型支持堆叠;两台框式交换机组建在一起叫集群。对于CloudEngine数据中心交换机,框式交换机和盒式交换机都有款型支持堆叠,两者的差异在于框式交换机仅支持两台设备组建堆叠。

具体哪些设备可以支持堆叠,S系列园区盒式交换机请参考数据中心交换机

如何建立堆叠?

在介绍堆叠是如何建立之前,先介绍下堆叠建立过程中用到的相关概念。

主交换机、备交换机和从交换机

堆叠系统中所有的单台交换机都称为成员交换机,按照功能不同,可以分为三种角色:

  • 主交换机(Master)
    主交换机负责管理整个堆叠。堆叠系统中只有一台主交换机。
  • 备交换机(Standby)
    备交换机是主交换机的备份交换机。堆叠系统中只有一台备交换机。当主交换机故障时,备交换机会接替原主交换机的所有业务。
  • 从交换机(Slave)
    从交换机用于业务转发,堆叠系统中可以有多台从交换机。从交换机数量越多,堆叠系统的转发带宽越大。
    除主交换机和备交换机外,堆叠中其他所有的成员交换机都是从交换机。当备交换机不可用时,从交换机承担备交换机的角色。

主交换机、备交换机和从交换机都可以进行业务流量的转发。添加、移除或替换堆叠成员交换机,都可能导致堆叠成员角色的变化。

堆叠ID

堆叠ID用来标识堆叠成员交换机,是成员交换机的槽位号。每个堆叠成员交换机在堆叠系统中具有唯一的堆叠ID。

堆叠优先级

堆叠优先级是成员交换机的一个属性,主要用于角色选举过程中确定成员交换机的角色,优先级值越大表示优先级越高,优先级越高当选为主交换机的可能性越大。

堆叠的建立过程

堆叠建立的过程包括以下四个阶段:

  1. 根据网络需求,选择堆叠线缆、连接方式。不同产品支持的物理连接方式有差异。
  1. 选举主交换机。所有成员交换机上电后,堆叠系统开始进行主交换机的选举。在堆叠系统中每台成员交换机都具有一个确定的角色,其中,主交换机负责管理整个堆叠系统。
  2. 分配堆叠ID和备交换机选举。主交换机选举完成后,主交换机会收集所有成员交换机的拓扑信息,根据拓扑信息计算出堆叠转发表项下发给堆叠中的所有成员交换机,并向所有成员交换机分配堆叠ID。之后进行备交换机的选举,作为主交换机的备份交换机。除主交换机外最先完成设备启动的交换机优先被选为备份交换机。
  3. 同步软件版本和配置文件。角色选举、拓扑收集完成之后,所有成员交换机会自动同步主交换机的软件版本和配置文件。
  • 堆叠系统具有自动加载系统软件的功能,待组成堆叠的成员交换机不需要具有相同软件版本,只需要版本间兼容即可。当备交换机或从交换机与主交换机的软件版本不一致时,备交换机或从交换机会自动从主交换机下载系统软件,然后使用新系统软件重启,并重新加入堆叠。
  • 堆叠系统具有配置文件同步机制,主交换机保存整个堆叠系统的配置文件,并进行整个堆叠系统的配置管理。备交换机或从交换机会将主交换机的配置文件同步到本交换机并执行,以保证堆叠中的多台设备能够像一台设备一样在网络中工作,并且在主交换机出现故障之后,其余交换机仍能够正常执行各项功能。

不同产品在堆叠系统的建立过程中存在诸多差异,关于堆叠建立过程的更多详细信息,S系列园区盒式交换机请参考堆叠建立(CloudEngine数据中心框式交换机)

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