关于核心交换机中各种技术的综合说明.doc

关于核心交换机中各种技术的综合说明核心交换机作为组网中不可缺少的设备，其作用正在逐步的完善，以满足用户更多的需求，最简单的局域网(LAN)通常由一台集线器(或交换机)和若干台微机组成。随着计算机数量的增加、网络规模的扩大，在越来越多的局域网环境中，核心交换机取代了集线器，多台交换机互连取代了单台交换机。在多交换机的局域网环境中，交换机的级联、堆叠和集群是3种重要的技术。级联技术可以实现多台交换机之间的互连；堆叠技术可以将多台交换机组成一个单元，从而提高更大的端口密度和更高的性能；集群技术可以将相互连接的多台核心交换机作为一个逻辑设备进行管理，从而大大降低了网络管理成本，简化管理操作。考虑到局域网的发展现状，因此本文提高的局域网，如无特别指出均指10BaseT、100BaseT(F)、1000BaseT(F)的交换式以太网。一、级联级联可以定义为两台或两台以上的核心交换机通过一定的方式相互连接。根据需要，多台核心交换机可以以多种方式进行级联。在较大的局域网例如园区网(校园网)中，多台交换机按照性能和用途一般形成总线型、树型或星型的级联结构。城域网是核心交换机级联的极好例子。目前各地电信部门已经建成了许多市地级的宽带IP城域网。这些宽带城域网自上向下一般分为3个层次：核心层、汇聚层、接入层。核心层一般采用千兆以太网技术，汇聚层采用1000M/100M以太网技术，接入层采用100M/10M以太网技术，所谓千兆到大楼，百兆到楼层，十兆到桌面。这种结构的宽带城域网实际上就是由各层次的许多台交换机级联而成的。核心交换机(或路由器)下连若干台汇聚交换机，汇聚交换机下联若干台小区中心交换机，小区中心交换机下连若干台楼宇交换机，楼宇交换机下连若干台楼层(或单元)交换机(或集线器)。交换机间一般是通过普通用户端口进行级联，有些交换机则提供了专门的级联端口(Uplink Port)。这两种端口的区别仅仅在于普通端口符合MDI标准，而级联端口(或称上行口)符合MDIX标准。由此导致了两种方式下接线方式度不同：当两台交换机都通过普通端口级联时，端口间电缆采用直通电缆(Straight Throurh Cable)；当且仅当中一台通过级联端口时，采用交叉电缆(Crossover Cable)。为了方便进行级联，某些交换机上提供一个两用端口，可以通过开关或管理软件将其设置为MDI或MDIX方式。更进一步，某些交换机上全部或部分端口具有MDI/MDIX自校准功能，可以自动区分网线类型，进行级联时更加方便。用交换机进行级联时要注意以下几个问题。原则上任何厂家、任何型号的以太网交换机均可进行级联，但也不排除一些特殊情况下两台交换机无法进行级联。交换机间级联的层数是有一定限度的。成功实现级联的最更本原则就是任意两站点之间的距离不能超过媒体段的最大跨度。多台交换机级联时，应保证它们都支持生成树(Spanning-Tree）协议，既要防止网内出现环路，又要允许冗余链路存在。进行级联时，应该尽力保证交换机间中继链路具有足够的带宽，为此可采用全双工技术和链路汇聚技术。核心交换机端口采用全双工技术后，不但相应端口的吞吐量加倍，而且核心交换机间中继距离大大增加，使得异地分布、距离较远的多台交换机级联成为可能。链路汇聚也叫端口汇聚、端口捆绑、链路扩容组合，由IEEE802.3ad标准定义。即两台设备之间通过两个以上的同种类型的端口并进行连接，同时传输数据，以便提供更高的带宽、更好的冗余度以及实现负载均衡。链路汇聚技术不但可以提供交换机间的高速连接，还可以为交换机和服务器之间的连接提供高速通道。需要注意的是，并非所有类型的交换机都支持这两种技术。二、堆叠堆叠(有的书上叫叠堆，含义完全相同)是指将一台以上的核心交换机组合起来共同工作，以便在有限的空间内提供尽可能多的端口。多台交换机经过堆叠形成一个堆叠单元。可堆叠的交换机性能指标中有一个最大可堆叠数的参数，它是指一个堆叠单元中所能堆叠的最大交换机数，代表一个堆叠单元中所能提供的最大端口密度。堆叠与级联这两个概念既有区别又有联系。堆叠可以看作是级联的一种特殊形势。它们的不同之处在于：级联的交换机之间可以相距很远(在媒体许可范围内)，而一个堆叠单元内的多台交换机之间的距离非常近，一般不超过几米；级联一般采用普通端口，而堆叠一般采用专用的堆叠模块和堆叠电缆。一般来说，不同厂家、不同型号的交换机可以互相级联，堆叠则不同，它必须在可堆叠的同类型交换机(至少应该是同一厂家的交换机)之间进行；级联仅仅是交换机之间的简单连接，堆叠则是将整个堆叠单元作为一台交换机来使用，这不但意味着端口密度的增加，而且意味着系统带宽的加宽。目前，市场上的主流交换机可以细分为可堆叠型和非堆叠型两大类。而号称可以堆叠的交换机中，又有虚拟堆叠和真正堆叠之分。所谓的虚拟堆叠，实际就是交换机之间的级联。交换机并不是通过专用堆叠模块和堆叠电缆，而是通过Fast Ethernet端口或Giga Ethernet端口进行堆叠，实际上这是一种变相的级联。即便如此，虚拟堆叠的多台交换机在网络中已经可以作为一个逻辑设备进行管理，从而使网络管理变得简单起来。真正意义上的堆叠应该满足：采用专用堆叠模块和堆叠总线进行堆叠，不占用网络端口；多台交换机堆叠后，具有足够的系统带宽，从而保证堆叠后每个端口仍能达到线速交换；多台交换机堆叠后，VLAN等功能不受影响。目前市场上有相当一部分可堆叠的交换机属于虚拟堆叠类型而非真正堆叠类型。很显然，真正意义上的堆叠比虚拟堆叠在性能上要高出许多，但采用虚拟堆叠至少有两个好处：虚拟堆叠往往采用标准Fast Ethernet或Giga Ethernet作为堆叠总线，易于实现，成本较低；堆叠端口可以作为普通端口使用，有利于保护用户投资。采用标准Fast Ethernet或Giga Ethernet端口实现虚拟堆叠，可以大大延伸堆叠的范围，使得堆叠不再局限于一个机柜之内。堆叠可以大大提高核心交换机端口密度和性能。堆叠单元具有足以匹敌大型机架式交换机的端口密度和性能，而投资却比机架式交换机便宜得多，实现起来也灵活得多。这就是堆叠得优势所在。机架式交换机可以说是堆叠发展到更高阶段得产物。机架式交换机一般属于部门以上级别得交换机，它有多个插槽，端口密度大，支持多种网络类型，扩展性较好，处理能力强，但价格昂贵。三、集群所谓集群，就是将多台互相连接(级联或堆叠)的交换机作为一台逻辑设备进行管理。集群中，一般只有一台起管理作用的核心交换机，称为命令交换机，它可以管理若干台其他交换机。在网络中，这些交换机只需要占用一个IP地址(仅命令交换机需要)，节约了宝贵的IP地址。在命令交换机统一管理下，集群中多台交换机协同工作，大大降低管理强度。例如，管理员只需要通过命令交换机就可以对集群中所有交换机进行版本升级。集群技术给网络管理工作带来的好处是毋庸置疑的。但要使用这项技术，应当注意到，不同厂家对集群有不同的实现方案，一般厂家都是采用专有协议实现集群的。这就决定了集群技术有其局限性。不同厂家的核心交换机可以级联，但不能集群。即使同一厂家的核心交换机，也只有指定的型号才能实现集群。如CISCO 3500XL 系列就只能与1900、 2800 、2900XL系列实现集群。交换机的级联、堆叠、集群这3种技术既有区别又有联系。级联和堆叠是实现集群的前提，集群是级联和堆叠的目的；级联和堆叠是基于硬件实现的；集群是基于软件实现的；级联和堆叠有时很相似(尤其是级联和虚拟堆叠)，有时则差别很大(级联和真正的堆叠)。随着局域网和城域网的发展，上述三种技术必将得到越来越广泛的应用。交换机类型（机架式，固定配置式带/不带扩展槽）机架式交换机是一种插槽式的交换机，这种交换机扩展性较好，可支持不同的网络类型，如以太网、快速以太网、千兆以太网、ATM、令牌环及FDDI等，但价格较贵。固定配置式带扩展槽交换机是一种有固定端口数并带少量扩展槽的交换机，这种交换机在支持固定端口类型网络的基础上，还可以支持其它类型的网络，价格居中。固定配置式不带扩展槽交换机仅支持一种类型的网络，但价格最便宜。配置机架插槽数是指机架式交换机所能安插的最大模块数。扩展槽数是指固定配置式带扩展槽交换机所能安插的最大模块数。最大可堆叠数是指一个堆叠单元中所能堆叠的最大交换机数目。此参数说明了一个堆叠单元中所能提供的最大端口密度。最小/最大10M以太网端口数是指一台交换机所支持的最小/最大10M以太网端口数量。最小/最大100M以太网端口数是指一台交换机所支持的最小/最大100M以太网端口数量。最小/最大1000M以太网端口数是指一台交换机所能连接的最小/最大1000M以太网端口数量。支持的网络类型一般情况下，固定配置式不带扩展槽交换机仅支持一种类型的网络，机架式交换机和固定配置式带扩展槽交换机可支持一种以上类型的网络，如支持以太网、快速以太网、千兆以太网、ATM、令牌环及FDDI等。一台交换机所支持的网络类型越多，其可用性、可扩展性越强。最大ATM端口数ATM即异步传输模式。最大ATM端口数是指一台ATM交换机或一台多服务多功能交换机所支持的最大ATM端口数量。最大SONET端口数SONET是SynchronousOpticalNetwork的缩写，是一种高速同步网络规范，最大速率可达2.5Gbps。一台交换机的最大SONET端口数是指这台交换机的最大下联SONET接口数。最大FDDI端口数是指一台FDDI交换机或一台多服务多功能交换机所支持的最大FDDI端口数量。背板吞吐量（bps）也称背板带宽，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会上去。缓冲区大小有时又叫做包缓冲区大小，是一种队列结构，被交换机用来协调不同网络设备之间的速度匹配问题。突发数据可以存储在缓冲区内，直到被慢速设备处理为止。缓冲区大小要适度，过大的缓冲空间会影响正常通信状态下数据包的转发速度（因为过大的缓冲空间需要相对多一点的寻址时间），并增加设备的成本。而过小的缓冲空间在发生拥塞时又轻易丢包出错。所以，适当的缓冲空间加上先进的缓冲调度算法是解决缓冲问题的合理方式。对于网络主干设备，需要注重几点：每端口是否享有独立的缓冲空间，而且该缓冲空间的工作状态不会影响其它端口缓冲的状态；模块或端口是否设计有独立的输入缓冲、独立的输出缓冲，或是输入/输出缓冲；是否具有一系列的缓冲治理调度算法，如RED、WRED、RR/FQ及WERR/WEFQ等。最大MAC地址表大小连接到局域网上的每个端口或设备都需要一个MAC地址，其它设备要用到此地址来定位特定的端口及更新路由表和数据结构。MAC地址有6字节长，由IEEE来分配，又叫物理地址。一个设备的MAC地址表大小反映了连接到该设备能支持的最大节点数。最大电源数一般地，核心设备都提供有冗余电源供给，在一个电源失效后，其它电源仍可继续供电，不影响设备的正常运转。在接多个电源时，要注重用多路市电供给，这样，在一路线路失效时，其它线路仍可供电。支持协议和标准一般指由国际标准化组织所制订的联网规范和设备标准。可根据网络模型的第1层、第2层和第3层进行分类如下：第1层：EIA/TIA232、EIA/TIA449、X.21、EIA530/EIA530A接口定义。第2层：802.1d/SPT、802.1Q、802.1p及802.3x。第3层：ip、IPX、RIP1/2、OSPF、BGP4、VRRP，以及组播协议等等。路由信息协议RIPRIP是距离矢量协议，它利用跳数作为计量标准。RIP广泛用于全球互联网络的路由选择中，是UNIX伯克利标准分布系统提供的一种内部网关协议。IPRIP在RFC1058和RFC1723中定义。RIP2是RIP的最新增强版规范，它答应RIP数据包包含更多的信息，并提供了一种简单的鉴定机制。在RFC1723中有说明。开放式最短路径优先第2版(OSPFv2)它是OSPF的第二版本。OSPF是一种连接状态路由选择协议，是互联网络工程任务组（IETF）内部网关协议工作组专为IP开发的,作为Internet通信体中RIP后继的链路状态层次路由算法。OSPF特性包括最少花费路由、多路径和负载均衡。OSPF由ISIS协议的早期版本发展而来，有两个主要特征：一是该协议是开放的，如RFC1247就有OSPF的规定。二是OSPF建立在SPF算法上，SPF也叫DIJKSTRA算法，它是以该算法的创始人命名的。边界网关协议BGPBGP用来替代EGP（ExteriorGatewayProtocol）域间路由协议。BGP与其它的BGP系统交换信息的可达性，由RFC1163定义。BGP4是BGP的第四版，支持CIDR，并使用路由汇聚机制减少路由表的大小。无类域间路由CIDRCIDR是BGP4支持的基于路由聚集的技术。CIDR为了减少核心路由器负载的路由信息量，而答应多个路由器组成路由群组。基于CIDR，几个IP网络可作为独立的、大的实体脱离于群组之外。互联网成组治理协议IGMPIGMP是InternetGroupManagementProtocol的缩写。IP主机用来向相邻的多目路由器报告其多目组的成员。多目路由器是向所连接本地网络发送IGMP询问报文的路由器。多目组的主机成员通过发送它所属的那个多目组的IGMP报告来响应一个询问。多目传送路由器负责把多目数据报从一个多目组转发到所有其它拥有这个组的成员的网络。距离矢量多播路由协议DVMRPDVMRP是互联网络的网关协议，基本上基于RIP，能实现典型的检测方式IP多目机制。DVMRP用IGMP与邻点交换路由数据报。开放式最短路径优先多播路由协议MOSPF多目OSPF用于OSPF网络的域间多目路由协议。其扩展形式可用于基本OSPF单目协议，以支持IP多目路由。协议无关的多播协议PIMPIM是ProtocolIndependentMulticast的缩写，是一种多目传送路由结构，能使现存的IP网络增加IP多目传送路由。PIM是一种独立的单目传送路由协议，可以以两种模式操作：密集模式和疏松模式。在PIM密集模式下，报文分组要向所有的输出接口转发，直到发生裁剪和切除。在密集模式中，接受器较为稠密，并且假设下链网络预备接受向其转发的数据报，并有可能使用这些数据报。使用密集模式的代价是其固有的扩散行为。PIM疏松模式就是尽量限制数据的发送，从而使网络中接收数据的路由器数量降低到最少。在疏松模式中，接受器是广泛分布的，并且假设下链网络并非必须使用发来的数据报。使用疏松模式的代价是显式结合报文的周期刷新以及对RP（汇合点）的需求。资源预留协议RSVPRSVP是ResourceReservationProtocol的缩写.该协议支持跨IP网络的资源保留。运行在IP终端系统的应用程序可以用RSVP协议去预示其它节点所要接收的数据包流的属性，如带宽、最大突发量等。RSVP依靠于IPv6。802.1p优先级标记，多队列IEEE802.1p标准是对网络的各种应用及信息流进行优先级分类的方法。它确保要害的商业应用和时间要求高的信息流优先进行传输，同时又照顾到低优先级的应用和信息流，使它们得到所要求的服务。这个标准对于金融业务、单据处理、网络治理、集成的声音和数据应用、视频会议和分布视像教学等应用是必不可少的标准。路由查找目标主机路径的一个过程叫做路由。在一大型的网络中，一个数据包在到达目标主之前，由于要经过许多中间路径，所以路由很复杂的。路由在路由器中的实现靠静态由协议或动态路由协议来完成。支持第3层交换所谓的第3层交换是在交换技术的基础上集成了路由技术，这样可使交换机以线速转发数据包。一台第3层交换机就等同于一台高速局域网路由器。使用第3层交换机可有效地控制广播风暴、Spanningtree环路和IP地址限制。支持多层（4到7层）交换多层交换机是一种能够基于MAC地址和网络地址过滤和转发数据包的交换机，它是局域网交换机的一个智能子集。多层设备能够懂得所传输的数据包是何种应用，因此，多层交换提供给用级的控制，即支持安全过滤和提供对应用流施加特定的QoS策略。支持多协议路由支持多协议路由是指在一个混和的多协议（IP、IPv6、AppleTalk和IPX）的网络环境中，在第3层交换机或路由器的作用下，不同异构型网络之间能够相互通信。支持IP之外的协议除支持IP协议之外，又支持AppleTalk、DECnet、IPX及NETBEUI等协议。支持路由缓存参见“缓冲区大小”论述。可支持最大路由表数路由表存储在路由器里或其它Internet设备中，以对特定网络目标进行跟踪。最大路由表数是指在一个路由表里所存储的最大路由数目。VLAN虚拟LAN将局域网上的一组设备配置成好象在同一线路上进行通信，而实际上它们处于不同的网段。一个VLAN是一个独立的广播域，可有效地防止广播风暴。由于VLAN基于逻辑连接而不是物理连接，因此配置十分灵活。现在已经把一台交换机是否支持VLAN作为衡量一台交换机性能好坏的一个很重要的参数。在划分VLAN时，有基于端口的，有基于MAC地址的，有基于第3层协议的，更有基于子网的。802.1Q是VLAN标准，不同厂商的设备只要支持802.1Q标准，就可以互联，进行VLAN的划分。在有第三层交换功能的基础上，VLAN之间也可以通信。最大VLAN数量此参数反映了一台设备所能支持的最大VLAN数目，就目前交换机所能支持的最大VLAN数目（1024以上）来看，足以满足一般企业的需要。支持网管类型网管网管是指网络治理员通过网络治理程序对网络上的资源进行集中化治理的操作，包括配置治理、性能和记账治理、问题治理、操作治理和变化治理等。一台设备所支持的治理程度反映了该设备的可治理性及可操作性。常见网管类型包括：IBM网络治理（NetView）HPOPENVIEWSUNSolsticeDomainManagerRMON治理SNMP治理基于WEB治理治理界面是指对网络治理操作的方式。有命令行方式(CLI)、图形用户界面(GUI)方式等。此参数反映了设备的可操作性和可用性。支持端口镜像所谓的端口镜像就是用SPAN来接受端口监控，把要监控的源端口（即镜象数据端口）号重定向到目标端口。很多交换机用SetSPAN或SPAN命令实现。支持的RMON和RMON2组支持RMON组：统计(Statistics)历史(History)警告(Alarms)主机(Hosts)主机TopN(HostTopN)会话矩阵(Matrix)过滤器(Filter)包捕捉(PacketCapture)事件(Events)RMON2提供链路层以上的监控能力，RMON2组：协议目录(ProtocolDirectory)协议分布(ProtocolDistribution)地址映射(AddressMapping)网络层主机(NetworkLayerHost)网络层矩阵(NetworkLayerMatrix)支持的包过滤方法：定义访问列表（ACL）源地址过滤目的地址过滤协议类型域(field)包过滤128B可编程域(field)过滤QoS服务质量（QualityofService）是传输系统的性能度量，反映了其传输质量以及服务的可获得性。它主要靠RSVP及802.1P来保证。支持基于策略的第2层交换第2层功能不仅仅限于对数据帧的处理，还应广泛支持业界标准，如IEEE802.1d（生成树算法）、IEEE802.1p（优先级队列控制）、IEEE802.3x（拥塞情况的流量控