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      以太网交换机的部署

      在应用级的局域网中，很少存在只使用单台交换机的局域网。一方面，因为单台交换机的端口数量有限，另一方面，单台交换机的地理位置使得联网计算机终端的距离受限。通常，在一个局域网中，使用几台交换互相连接在一起，从而达到扩展端口和扩展距离的目的。那么交换机与交换机是如何连接在一起的呢？目前广泛使用的模式有两种，一种是级连（uplink）模式，另一种是堆叠（stack）模式。

      一、级连模式

      级连模式是最常规，最直接的一种扩展方式。级连模式是通过双绞线或光纤，一般在交换机的前面板上有专门的级连口，如果没有，也可以用交叉接法来级连。级连是通过端口进行的，级连后两台交换机是上下级的关系。

      级连模式起源于早期的共享型集线器（HUB），共享型集线器的物理拓扑结构是星型，而逻辑拓扑结构还是总线型的，集线器仅仅相当于一条浓缩了的总线，在集线器的某一个端口，级连另一台集线器，只是相当于把浓缩的总线又加长了一些，仍然是一条总线，所有端口都要在一个碰撞域里受到CSMA/CD的约束。但这样相当于把传输媒体加长了，在加长的传输媒体上又增加了一些端口。但付出的代价是，在这个碰撞域里，又多了一些端口共享整个带宽，从而导致网络性能低下。当然这种级连方式，必须遵循5-4-3法则，也就是级连不能超过4层。级连模式的典型结构如图3-11所示。

      图3-11级连模式的以太网交换机

      需要特别指出的是，对于那些没有专用级连端口的集线器之间的级连，双绞线接头中线对的分布与连接网卡和集线器时有所不同，必须要用交叉线。而许多集线器为了方便用户，提供了一个专门用来串接到另一台集线器的端口，在对此类集线器进行级连时，双绞线均应为直通线接法。不管采用交叉线还是直通线进行级连，都没有改变级连的本质。

      用户如何判断自己的集线器是否需要交叉线连接呢？主要方法有以下几种：

      （1）查看说明书。如果该集线器在级连时需要交叉线连接，一般会在设备说明书中进行说明。

      （2）查看连接端口。如果该集线器在级连时不需要交叉线，大多数情况下都会提供一至两个专用的互连端口，并有相应标注，如"Uplink"、"MDI"、"Out to Hub",表示使用直通线连接。

      （3）实测。这是最管用的一种方法。可以先制作两条用于测试的双绞线，其中一条是直通线，另一条是交叉线。之后，用其中的一条连接两个集线器，这时注意观察连接端口对应的指示灯，如果指示灯亮表示连接正常，否则换另一条双绞线进行测试。

      随着快速以太网技术和交换技术的出现，级连模式又逐渐变成组建大型局域网最理想的扩展方式，成为以太网扩展端口应用中的主流技术。在交换机上进行级连，级连交换机的端口共享的仅仅是被级连交换机中被级连端口的带宽，而不是整个网络的带宽。更何况目前的交换机级连通常都是高速交换机端口级连低速交换机，即1000M端口，级连1000M的交换机；100M端口，则级连10M的交换机；或者是交换机级连共享型的集线器。由此一来，极大程度地克服了传统集线器级连共享带宽，而导致网络性能降低的弊端。虽然交换机的级连在一定程度上仍然受CSMA/CD的约束，但其优势却是不可替代的，通常表现在以下几个方面：

      （1）级连模式可使用通用的以太网端口进行层次间互联，其中包括100M端口、1000M端口以及新兴的10G端口。

      （2）级连模式是组建结构化网络的必然选择，级连使用普通的、长度限制并不严格的电缆（光纤），各个级连单元的位置相对较随意，非常有利于综合布线。

      （3）级连模式通常是解决不同品牌的交换机之间以及交换机与集线器之间连接的有效手段。

      二、级连模式

      堆叠通常是为了扩充带宽用的，通常用专门的堆叠卡插在交换机的后面，用专门的堆叠电缆连接几台交换机，堆叠后这几台交换机相当于一台交换机。堆叠是采用交换机背板的叠加，使多个工作组交换机形成一个工作组堆，从而提供高密度的交换机端口，堆叠中的交换机就像一个交换机一样，配制一个IP地址即可。

      级连是通过交换机的某个端口与其它交换机相连的，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。

      堆叠模式的优点是：

      （1）增加网络端口的同时，还增加了逻辑数据通道，扩充了网络带宽，不同堆叠单元的端口之间可以直接交换，进行快速转发，从而极大地提高了网络性能。

      （2）不受5-4-3法测的约束，堆叠单元可以超过4个。

      （3）提供简化的本地管理，将一组交换机作为一个对象来管理。

      堆叠模式的缺点是：

      （1）堆叠是一种非标准化技术，各个厂商之间不支持混合堆叠，同一组堆叠交换机必须是同一品牌。

      （2）堆叠模式不支持即插即用，在物理连接完毕之后，还要对交换机进行相应的设置，才能正常运行。

      （3）不存在拓扑管理，一般不能进行分布式布置。

      常见的堆叠有两种：菊花链堆叠和矩阵堆叠。

      所谓菊花链就是从上到下串起来，形成单一的一个菊花链堆叠总线。菊花链模式是简化的级联模式，主要的优点是提供集中管理的扩展端口，对于多交换机<http://telecom.chinabyte.com/NetCom/218430079485607936/index.shtml>之间的转发效率并没有提升，主要是因为菊花链模式是采用高速端口和软件来实现的。菊花链模式使用堆叠电缆将几台交换机<http://telecom.chinabyte.com/NetCom/218430079485607936/index.shtml>以环路的方式组建成一个堆叠组，然后加一根从上到下起冗余备份作用的堆叠电缆。如图所示的是2003年6月，北电网络推出的BayStack 5510菊花链堆叠交换机，一个堆叠中有8个交换机，整个堆叠的带宽高达640Gbps.如图3-12所示，每个交换机与上下相邻单元间都具有40Gbps的全双工带宽。

      图3-12菊花链堆叠交换机

      矩阵堆叠，需要提供一个独立的或者集成的高速交换中心（堆叠中心），所有堆叠的交换机通过专用的高速堆叠端口上行到统一的堆叠中心，堆叠中心一般是一个基于专用ASIC的硬件交换单元，ASIC交换容量限制了堆叠的层数。使用高可靠、高性能的Matrix芯片是星型堆叠的关键。由于涉及到专用总线技术，电缆长度一般不能超过2m,所以，矩阵堆叠模式下，所有的交换机需要局限在一个机架之内。如图3-13所示的是3COM公司的3300系统交换机连成矩阵堆叠的示意图。

      图3-13矩阵堆叠交换机

      三、混合模式

      通过前面的介绍，我们不难得出结论：堆叠模式是一种集中管理的端口扩展技术，不能提供拓扑管理，没有国际标准，且兼容性较差。但是，对于那些对带宽要求较高并需要大量端口的单结点局域网，堆叠模式可以提供比较优秀的转发性能和方便的管理特性。级连模式是组建网络的基础，可以灵活利用各种拓扑、冗余技术，对于那些对带宽要求不高且级连层次很少的网络，级连方式可以提供最优化的性能。可见，级连模式和堆叠模式的优点和缺点都十分鲜明，单纯地运用任何一种模式，都不会最大限度地优化网络。在实际的应用中，由于网络的复杂性，用户需求的多重性，通常同时使用两种模式进行交换机的部署，我们称其为混合模式。图3-14所示的就是在考虑了半双工以太网最大跨距约束的一个典型的混合模式交换机部署方案。

      图3-14混合模式部署交换机

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