核心交换机的关键技术解析

01

链路聚合

链路聚合是将两个或更多数据信道结合成一个单个的信道，该信道以一个单个的更高带宽的逻辑链路出现。

链路聚合一般用来连接一个或多个带宽需求大的设备，例如连接骨干网络的服务器或服务器群。它可以用于扩展链路带宽，提供更高的连接可靠性。

1、举例

公司有2层楼，分别运行着不同的业务，本来两个楼层的网络是分开的，但都是一家公司难免会有业务往来，这时我们就可以打通两楼之前的网络，使具有相互联系的部门之间高速通信。 如下图：

如上图所示，SwitchA和SwitchB通过以太链路分别都连接VLAN10和VLAN20的网络，且SwitchA和SwitchB之间有较大的数据流量。

用户希望SwitchA和SwitchB之间能够提供较大的链路带宽来使相同VLAN间互相通信。同时用户也希望能够提供一定的冗余度，保证数据传输和链路的可靠性。

创建EtherChannel接口并加入成员接口，实现增加链路带宽，2台交换机分别配置EtherChannel1 分别将需要通信的3条线路的端口加入EtherChannel1，设置端口trunk， 允许相应的vlan通过；这样两楼的网络就可以正常通信了。

2、实现配置步骤：

在SwitchA上创建EtherChannel1并配置为LACP模式。SwitchB配置过程与SwitchA类似，不再赘述

SwitchA switch》 enable

switch# conf t

switch（config）# hostname SwitchA

SwitchA（config）# interface range g0/0/1-3

SwitchA（config-if-range）# channel-group 1 mode active

SwitchA（config-if-range）# interface Port-channel1

SwitchA（config-if）# switchport trunk encapsulation dot1q

SwitchA（config-if）# switchport mode trunk

SwitchB

switch》 enable

switch# conf t

switch（config）# hostname SwitchB

SwitchB（config）# interface range g0/0/1-3

SwitchB（config-if-range）# channel-group 1 mode active

SwitchB（config-if-range）# interface Port-channel1

SwitchB（config-if）# switchport trunk encapsulation dot1q

SwitchB（config-if）# switchport mode trunk

02

链路冗余

为了保持网络的稳定性，在多台交换机组成的网络环境中，通常都使用一些备份连接，以提高网络的效率、稳定性，这里的备份连接也称为备份链路或者冗余链路。

03

交换机的堆叠

通过专有的堆叠电缆连接起来，可将多台交换机堆叠成一台逻辑交换机。

该逻辑交换机中的所有交换机共享相同的配置信息和路由信息。当向逻辑交换机增加和减少单体交换机时不会影响其性能。

叠加的交换机之间通过两条环路连接起来。交换机的硬件负责将数据包在双环路上做负载均衡。

环路在这里充当了这个大的逻辑交换机的背板的角色，在双环路都正常工作时，数据包在这台逻辑交换机上的传输率为32Gbps。

当一个数据帧需要传输时，交换机的软件会进行计算看哪条环路更可用，然后数据帧会被送到该环路上。

如果一条堆叠电缆出故障，故障两端的交换机都会侦测到该故 障，并将受影响的环路断开，而逻辑交换机仍然可以以单环的状态工作，此时的数据包通过率为16Gbps。

交换机的堆叠采用菊花链方式，连接的方式参考下图。

堆叠增加交换机端口与带宽的稳定性。

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

04

热备份（HSRP）

核心交换机是整个网络的心脏，如果核心交换机发生致命性的故障，将导致本地网络的瘫痪，所造成的损失也是难以估计的。所以我们在选择核心交换机时，经常会看到有的核心交换机具有堆叠或热备份等功能。

对核心交换机采用热备份是提高网络可靠性的必然选择。在一个核心交换机完全不能工作的情况下，它的全部功能便被系统中的另一个备份路由器完全接管，直至出现问题的路由器恢复正常，这就是热备份路由协议。

实现HSRP的条件是系统中有多台核心交换机，它们组成一个“热备份组”，这个组形成一个虚拟路由器。

在任意时刻，一个组内只有一个路由器是活动的，并由它来转发数据包，如果活动路由器发生了故障，将选择一个备份路由器来替代活动路由器，但是在本网络内的主机看来，虚拟路由器没有改变。

所以主机仍然保持连接，没有受到故障的影响，这样就较好地解决了核心交换机切换的问题。

为了减少网络的数据流量，在设置完活动核心交换机和备份核心交换机之后，只有活动核心交换机和备份核心交换机定时发送HSRP报文。

如果活动核心交换机失效，备份核心交换机将接管成为活动核心交换机。如果备份核心交换机失效或者变成了活跃核心交换机，将由另外的核心交换机被选为备份核心交换机。

1、当某台接入层交换机到主核心交换机的线路出现故障，切换至备机，数据流走向

接入层交换机1的数据链路切换至核心交换机B，但在切换期间接入层交换机1分丢6个数据包，如上图所示。

当服务器与核心交换机A之间主链路出现故障（如线路、网卡等），服务器主网卡切换至备用网卡上时，会丢6个数据包，但当主链路恢复以后，服务器会自动从备用网卡切换至主网卡，而这次切换时数据包不会丢失。

具体终端访问服务器的数据流走向如下图。

审核编辑：郭婷