详解交换机连接方式 交换机应该是网络中最常见的网络设备, 不论是企业还是家庭用户, 对交换机应该都不陌生。 特别是对于企业的网络管理员来说, 不论高端还是低端, 交换机绝对是网络中非常重要的设备, 并且数量较多, 因此对于交换机之间的连接我们有必要搞清楚。 一、 浅析连接原理 参加过工程实施的也许知道交换机可以有两种连接方式, 那就是级联(Uplink) 和堆叠(Stack) 。 但是对于这两种连接方式你又了解多少呢? 下面逐一讲解。 级联是最常见的连接方式, 就是使用网线将两个交换机进行连接。 连接的结果是, 在实际的网络中, 它们仍然各自工作, 仍然是两个独立的交换机。 堆叠是通过交换机的背板进行连接的, 是一种建立在芯片级上的连接。 一般只有中、 高端交换机才提供堆叠功能。 并且需要专用的堆叠模块和堆叠线缆。连接的结果是, 在实际的网络中, 对于其它网络设备以及网络员来说, 它们是一台交换机, 即两台 24 口的交换机堆叠以后, 效果就相当于一个 48 口的交换机。 二、 不同连接方式的优缺点 都是为了完成网络的连接, 为什么还要分级联和堆叠呢? 直接用网络连接的级联方式不是更方便吗? 为什么还需要堆叠呢? 两种连接方式的本质是不一样的, 用来满足不同的要求, 当然从一定程度上说, 不能直接说哪一种连接方式好,而是根据实际需要、 实际情况选择不同的连接方式。 级联的优点是可以延长网络的距离, 理论上可以通过双绞线和多级的级联方式无限远的延长网络距离, 级联后, 在网络管理过程中仍然是多个不同的网络设备。 另外级联基本上不受设备的限制, 不同厂家的设备可以任意级联。 级联的缺点就是多个设备的级联会产生级联瓶颈。 例如, 两个百兆交换机通过一根双绞线级联, 这时它们的级联带宽是百兆, 这样不同交换机之间的计算机要通讯, 都只能通过这百兆带宽。 堆叠的优点是不会产生性能瓶颈, 因为通过堆叠, 可以增加交换机的背板带宽, 不会产生性能瓶颈。 通过堆叠可以在网络中提供高密度的集中网络端口, 根据设备的不同, 一般情况下最大可以支持 8 层堆叠, 这样就可以在某一 位置提供上百个端口。 堆叠后的设备在网络管理过程中就变成了一个网络设备, 只要赋于一个 IP 地址, 方便管理, 也节约管理成本。 堆叠的缺点主要是受设备限制,并不是所有的交换机都支持堆叠的, 不同厂家, 不同型号, 进行堆叠需要特定的设备的支持。 受距离限制, 因为受到堆叠线缆长度的限制, 堆叠的交换机之间的 距离要求很近。 还有就是不同厂家的设备有时不能很好的兼容, 因此厂家的设备想要进行堆叠非常困难。 三、 连接方式详解 1. 级联 交换机的级联又分为两种, 一种是 Uplink 与普通口之间的连接, 另一种是普通口与普通口之间的连接。 采用不同的方式, 连接也有所不同。 最简单的一种就是使用普通的双绞线将一台交换机的 Uplink 口与另一台交换机的普通口进行连接, 这样就完成了简单的级联连接(如图 1) 。 现在有一些交换机不提供级联口, 有些交换机默认 24 口为级联口, 因此在实际使用时要注意测试一下。 对于不提供级联口的, 可以交叉线将两台交换机的普通口进行连接, 实现级联(如图 2) 。 2. 堆叠 堆叠一般主要应用在中、 大型网络环境中, 特别是一些特定位置端口需求比较大的情况下使用。 交换机的堆叠是扩展端口最方便、 快捷的方式, 并且堆叠还可以提升交换机的性能, 不过需要注意的是, 在堆叠的过程中, 需要使用同一品牌的交换机。 堆叠主要是通过厂家提供的一条专用连接线缆, 从一台交换机的“UP” 堆叠端口直接连接到另一台交换机的“DOWN” 堆叠端口。 相应的端口一般在交换机的背面, 具有唯一性, 并不会出现连接错误的情况。 四、 小结 从上面的介绍也能看出, 级联实现起来比较简单, 只需要一根普通的双绞线或者交叉线即可, 成本小且不受距离的限制, 而堆叠受堆叠线缆的限制, 只能在很短的距离内连接。 不过堆叠的优点也是很明显的, 可以提供更多集中的端口以及更好的性能。 在 实际使用过程中, 使用哪一种连接就要看具体的需要了。 另外除了上面提到了最主要的连接方式外, 目前还有另外两种连接方式, 一种是光纤接口的级联, 实现起来也比较简单, 使用光纤跳线, 将光纤接口交叉连接即可, 即一端的“收” 要接另一端的“发” , 一端的“发” 要接另一端的“收” 。 还有就是 Cisco 公司推出的交换机集群技术, 集群我们可以把它看成是级联和堆叠技术的综合, 交换机集群技术可以将分布在不同地理范围内的交换机逻辑地 组合到一起, 可以进行统一的管理。 具体的实现方式就是在集群之中选出一个 Commander, 而其他的交换机处于从属地位, 由 Commander 统一管理。 实际使用中很少用到, 稍微了解一下即可。 在传统 IP 网络中, 每个转发节点对所有的报文同等对待, 采用先入先出的策略将报文送到目的地, 不能对报文传送的可靠性、 传输时延等性能提供任何保证。 而在多业务支持的宽带网络环境中, 不同类型业务对网络性能要求千差万别, 以客户为中心, 满足不同层次的业务质量是网络的一大特征。 随着市场竞争的日趋激烈, 各种不同类型的网络运营者, 都需要依靠网络提高工作效率, 降低工作成本。 一网多能已成为用户需求方向, 与之相对应的是以 QoS 为核心的多种网络管理控制技术。 近年来, QoS 实现技术的发展非常快, 业内所有的电信级设备供应商都能提供不同程度的 QoS 功能, 在三层以太网交换机上 QoS 也逐步成为了普及性的技术应用, 可现实是, 距离真正的支持多业务宽带应用的服务质量还相当遥远。 因为孤立的谈论 QoS 不能彻底解决它需要解决的问题。 用户需要带宽的持续提升, 需要多种网络应用都能在一个简单平台上运营,需要网络结构简化但具备最大可控能力, 需要现在的组网架构能够向下一代网络平滑过渡, 需要随着整体网络规模和性能成长, 成本能够不断降低……然而在现在的以 CPU 和软件为轴心的网络交换架构中这些又都是矛盾的。 网络环境需要更专注的设备。 联想与合作伙伴共同推出的天工 iSpirit68系列高端交换机, 构建的以太网环境, 实现 ATM、 SONET 、 SDH 等技术所达到的电信级的可靠保证, 并且能够提供比上述技术更为丰富的多业务支持。 从而成为联想网络为用户构筑“可信赖的网络环境” 的基础。 让 Qos 助力带宽资源合理使用 在整机交换结构方面, 其共享内存结构, 即中央交换矩阵加分布式交换矩阵的方式, 实现了无阻塞交换结构, 可以避免传统路由体系在开启了多种功能后造成的性能恶化。 天工 iSpirit68 08 的交换结构中, 所有的功能模块都带有独立的交换矩阵, 可以独立地进行包的处理和转发工作; CPU 负责进行交换资源的分配, 处理一些复杂的任务, 而针对对性能影响最大的数据包转发和 QoS 控制,则有专门的 ASIC 芯片进行处理。 由于 CPU、 ASIC 分担了不同的工作, 并且数据转发和 QoS 控制也由不同的 ASIC 芯片完成, 这样就能在保证全线速交换的速度下, 实现 QoS 的功能。 在硬件实现 QoS 的基础上增加优先级的划分并提高带宽粒度, 可弥补 CPU对性能的拖累和 ASIC 灵活性上的不足。 传统的交换机每端口支持的硬件优先级较少, 这样将导致其承载的不同网络应用无法得到相应的优先级分配。 像语音、视频等 对传输延迟比较敏感的应用要和像 email 、 文件传输等对带宽延迟并不敏感的应用争抢带宽资源, 传输质量无法得到有效的保护。 天工 iSpirit 68 系列产品每个端口都支持 8 个硬件优先级, 其应用方式也有相应有 8 种。 ASIC 加上 8 个硬件优先级, 保证了交换引擎提供基于策略的服务质量, 包括优先权 分配、 带宽管理和拥塞控制等, 充分保障语音、 视频等传输延迟敏感型的应用的传输质量。 同时它可以将带宽细分成总带宽的 1/50, 加强了带宽控制的灵活性。 QoS 不是万能的, QoS 不能创造带宽, 不能解决以视频数据流为主导的海量带宽应用问题, 但没有 QoS 是万万不能的, 毕竟在带宽的发展始终赶不上需求的今天, QoS 能够更合理地利用我们有限的带宽资源, 为我们不同的应用需求提供不同等级的服务, 让用户对网络的控制能力与网络的数据转发性能不再对立。 网络交换机设备的级联 双绞线端口的级联 级联既可使用普通端口也可使用特殊的 MDI-II 端口。 当相互级联的两个端口分别为普通端口(即 MDI-X) 端口和 MDI-II 端口时, 应当使用直通电缆。 当相互级联的两个端口均为普通端口(即 MDI-X) 或均为 MDI-II 端口时, 则应当使用交叉电缆。 无论是 10Base-T 以太网、 100Base-TX 快速以太网还是 1000Base-T 千兆以太网, 级联交换机所使用的电缆长度均可达到 100 米, 这个长度与交换机到计算 机之间长度完全相同。 因此, 级联除了能够扩充端口数量外, 另外一个用途就是快速延伸网络直径。 当有 4 台交换机级联时, 网络跨度就可以达到 500 米。 这样的距离对于位于同一座建筑物内的小型网络而言已经足够了! 1. 使用 Uplink 端口级联 现在, 越来越多交换机(Cisco 交换机除外) 提供了 Uplink 端口(如图 1所示) , 使得交换机之间的连接变得更加简单。 Uplink 端口是专门用于与其他交换机连接的端口, 可利用直通跳线将该端口连接至其他交换机的除 Uplink 端口外的任意端口(如图 2 所示) , 这种连接方式跟计算机与交换机之间的连接完全相同。 需要注意的是, 有些品牌的交换机(如 3Com) 使用一个普通端口兼作 Uplink 端口, 并利用一个开关(MDI/MDI-X转换开关) 在两种类型间进行切换。 光纤端口的级联 由于光纤端口的价格仍然非常昂贵, 所以, 光纤主要被用于核心交换机和骨干交换机之间连接, 或被用于骨干交换机之间的级联。 需要注意的是, 光纤端口均没有堆叠的能力, 只能被用于级联。 1. 光纤跳线的交叉连接 所有交换机的光纤端口都是 2 个, 分别是一发一收。 当然, 光纤跳线也必须是 2 根, 否则端口之间将无法进行通讯。 当交换机通过光纤端口级联时, 必须将光纤跳线两端的收发对调, 当一端接“收” 时, 另一端接“发” 。 同理, 当一端接“发” 时, 另一端接“收” (如图 4 所示) 。 令人欣慰的是, Cisco GBIC 光纤模块都标记有收发标志, 左侧向内的箭头表示“收” , 右侧向外的箭头表示“发” 。 如果光纤跳线的两端均连接“收” 或“发” , 则该端口的 LED 指示灯不亮, 表示该连接为失败。 只有当光纤端口连接成功后, LED 指示灯才转为绿色。 同样, 当骨干交换机连接至核心交换机时, 光纤的收发端口之间也必须交叉连接(如图 5 所示) 。 光纤跳线分为单模光纤和多模光纤。 交换机光纤端口、 跳线都必须与综合布线时使用的光纤类型相一致, 也就是说, 如果综合布线时使用的多模光纤, 那么,交换机的光纤接口就必须执行 1000Base-SX 标准, 也必须使用多模光纤跳线; 如果综合布线时使用的单模光纤, 那么, 交换机的光纤接口就必须执行1000Base-LX/LH 标准, 也必须使用单模光纤跳线。 需要注意的是, 多模光纤有两种类型, 即 62. 5/125μ m 和 50/125μ m。 虽然交换机的光纤端口完全相同, 而且两者也都执行 1000Base-SX 标准, 但光纤跳线的芯径必须与光缆的芯径完全相同, 否则, 将导致连通性故障。 另外, 相互连接的光纤端口的类型必须完全相同, 或者均为多模光纤端口,或者均为单模光纤端口。 一端是多模光纤端口, 而另一端是单模光纤端口, 将无法连接在一起。 3. 传输速率与双工模式 与 1000Base-T 不同, 1000Base-SX、 1000Base-LX/LH 和 1000Base-ZX 均不能支持自适应, 不同速率和双工工作模式的端口将无法连接并通讯。 因此, 要求相互连接的光纤端口必须拥有完全相同的传输速率和双工工作模式, 既不可将1000Mbps 的光纤端口与 100Mbps 的 光纤端口连接在一起, 也不可将全双工模式的光纤端口与半双工模式的光纤端口连接在一起, 否则, 将导致连通性故障。