浅谈交换机的级联与堆叠的不同应用

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，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交换机通过一定的方式相互连接。

根据需要，多台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)。

堆叠指的是通过堆叠模块连在一起，几个堆叠在一起的交换机可以视同一个交换机来管理。

级联则是通过级联口将交换机联在一起。

有些交换机可以堆叠，有的交换机不支持堆叠功能。

级连扩展级连扩展模式是最常规，最直接的一种扩展方式，一些构建较早的网络，都使用了集线器（HUB）作为级连的设备。

因为当时集线器已经相当昂贵了，多数企业不可能选择交换机作为级连设备。

那是因为大多数工作组用户接入的要求，一般就是从集线器上一个端口级连到集线架上。

在这种方式下，接入能力是得到了很大的提高，但是由于一些干扰和人为因素，使得整体性能十分低下，只单纯地满足了多端口的需要，根本无暇考虑转发交换功能。

现在的级连扩展模式综合考虑到不同交换机的转发性能和端口属性，通过一定的拓扑结构设计，可以方便地实现多用户接入。

级连模式的典型结构如图一所示。

级连模式是组建大型LAN最理想的方式，可以综合利用各种拓扑设计技术和冗余技术，实现层次化网络结构，如通过双归等拓扑结构设计冗余，通过Link Aggregation 技术实现冗余和Up Link的带宽扩展，这些技术现在已经非常成熟，广泛使用在各种局域网和城域网中。

级连模式使用通用的以太网端口进行层次间互联，如100M FE端口、GE端口以及新兴的10GE端口。

级连模式是以太网扩展端口应用中的主流技术。

它通过使用统一的网管平台实现对全网设备的统一管理，如拓扑管理和故障管理等等。

级连模式也面临着挑战，当级连层数较多，同时层与层之间存在较大的收敛比时，边缘节点之间由于经历了较多的交换和缓存，将出现一定的时延。

解决方法是汇聚上行端口来减小收敛比，提高上端设备性能或者减少级连的层次。

在级连模式下，为了保证网络的效率，一般建议层数不要超过四层。

如果网络边缘节点存在通过广播式以太网设备如HUB 扩展的端口，由于其为直通工作模式，不存在交换，不纳入层次结构中，但需要注意的是，HUB工作的CSMA/CD机制中，因冲突而产生的回送可能导致的网络性能影响将远远大于交换机级连所产生的影响。

关于交换机堆叠和级联的区别最简单的局域网(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，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交换机通过一定的方式相互连接。

根据需要，多台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)。

级联和堆叠
级联和堆叠是一种常见的数据处理方式，常被用于图像处理、语音处理等领域中。

在级联中，多个处理器连接在一起，数据依次经过每个处理器，直到最终输出。

在堆叠中，多个处理器并列连接，同一批数据经过每个处理器后一次性输出。

这两种方式各有优劣，应根据具体应用场景进行选择。

级联通常能更好地保持数据的实时性，但处理速度较慢；而堆叠则具有更快的处理速度，但可能会出现延迟。

在实际应用中，需要根据需求进行权衡，选择最合适的方式。

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交换机是一种最为基础的网络连接设备。

它一般都不需要任何软件配置即可使用的一种纯硬件式设备；单个交换机与网络的连接，相信读者朋友们已经能够掌握。

本文结合图例，主要介绍多台交换机在网络中同时使用时的连接问题。

多台交换机的连接方式无外乎两种：级联跟堆叠。

下面针对这两种连接方式，分别介绍实现原理及详细的连接过程。

1、交换机级联这是最常用的一种多台交换机连接方式，它通过交换机上的级联口（UpLink）进行连接。

需要注意的是交换机不能无限制级联，超过一定数量的交换机进行级联，最终会引起广播风暴，导致网络性能严重下降。

级联又分为以下两种：使用普通端口级联所谓普通端口就是通过交换机的某一个常用端口（如RJ-45端口）进行连接。

需要注意的是，这时所用的连接双绞线要用反线，即是说双绞线的两端要跳线（第1-3与2-6线脚对调）。

其连接示意如图1所示。

使用Uplink端口级联在所有交换机端口中，都会在旁边包含一个Uplink端口，如图2所示。

此端口是专门为上行连接提供的，只需通过直通双绞线将该端口连接至其他交换机上除“Uplink端口”外的任意端口即可（注意，并不是Uplink端口的相互连接）。

2、交换机堆叠此种连接方式主要应用在大型网络中对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快捷、最便利的方式，同时堆叠后的带宽是单一交换机端口速率的几十倍。

但是，并不是所有的交换机都支持堆叠的，这取决于交换机的品牌、型号是否支持堆叠；并且还需要使用专门的堆叠电缆和堆叠模块；最后还要注意同一堆叠中的交换机必须是同一品牌。

它主要通过厂家提供的一条专用连接电缆，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。

堆叠中的所有交换机可视为一个整体的交换机来进行管理。

其连接示意图4所示。

提示：采用堆叠方式的交换机要受到种类和相互距离的限制。

首先实现堆叠的交换机必须是支持堆叠的；另外由于厂家提供的堆叠连接电缆一般都在1M左右，故只能在很近的距离内使用堆叠功能。

如何辨别交换机级联和堆叠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，交换机取代了集线器，多台交换机互连取代了单台交换机。

交换机级联和堆叠有什么差别呢？首先我们从基本概念的理解：堆叠是背板之间的连接，把几台交换机做成一个整体。

级联是端口的连接。

级联是共享，堆叠是独享。

级联是通过交换机的某个端口与其它交换机相连的，而堆叠是通过交换机的背板连接起来的。

虽然级联和堆叠都可以实现端口数量的扩充，但是级联后每台交换机或交换机在逻辑上仍是多个被网管的设备，而堆叠后的数台交换机或交换机在逻辑上是一个被网管的设备。

其次级联与堆叠的区别:交换机之间通过面板上的Up-Link口级联。

Up-Link口实际上是一个反接的RJ-45口，将一台交换机的Up-Link口接到另一台交换机的任何一个RJ-45即实现交换机之间的级联。

Up-Link口使用户在将两个交换机通过RJ-45口连接在一起的时候，省去了做交叉电缆的麻烦。

堆叠的特点：1.堆叠通过专门的堆叠口，不能与交换机其他的RJ-45混接;2.堆叠电缆由厂家自行定义;3.堆叠端口由厂家自行定义，因此，不同厂家的产品除非完全一样，否则，不能互相堆叠;4.由于是主干连接，信号在交换机之间传输是通过主干而不是RJ-45口，因此响应时间较短;5.在100兆网络中，可堆叠的交换机个数明显比可级联的个数多;级联的特点：1.使用交换机的RJ-45口实现;2.级联电缆就是标准五类双绞线;3.级联的距离较长，10兆时可达100米，100兆时可达5米;4.不同厂家的交换机可以互相级联;级联的不足：1.由于信号从一个交换机到另一个交换机是通过RJ-45端口，经过编码/解码过程，延时较长;2.必须占用两个RJ-45端口(两台交换机各一个);3.用户将损失性能/价格比，这对端口成本较高的交换机起更明显;4.允许级联的交换机的个数较少，10兆为5个，100兆为2个;交换机的堆叠是将数个交换机的主干连接起来，形成一个大的逻辑上单一的交换机。

交换机级联与堆叠技术随着网络规模的不断扩大和复杂性的增加，企业和组织对于网络交换机的需求也越来越高。

为了满足这一需求，交换机级联和堆叠技术应运而生。

本文将介绍交换机级联和堆叠技术的原理、特点和应用。

一、交换机级联技术1. 原理交换机级联技术是通过将多个交换机连接在一起形成一个逻辑上的大型交换机，扩展网络规模和端口数量。

它利用交换机的多个端口之间的链路进行数据转发，将数据从源端口发送到目标端口。

2. 特点交换机级联技术具有以下特点：（1）扩展性强：通过级联多个交换机，可以扩展网络的规模和容量。

（2）灵活性高：可以根据需求灵活地增加或减少级联的交换机数量。

（3）降低成本：相比于购买一台大型交换机，级联多台小型交换机的成本更低。

（4）容错性好：级联多台交换机可以提高网络的冗余性和可靠性，一台交换机故障时不会影响整个网络的正常运行。

3. 应用交换机级联技术广泛应用于大型企业、数据中心和校园网络等环境中。

通过级联多个交换机，可以实现大规模网络的构建和管理，满足高带宽、低延迟的数据传输需求。

二、交换机堆叠技术1. 原理交换机堆叠技术是将多个交换机通过堆叠模块或堆叠线缆连接在一起，形成一个逻辑上的大型交换机。

在堆叠后的交换机中，所有的交换机被视为一个整体，由主交换机负责管理和控制。

2. 特点交换机堆叠技术具有以下特点：（1）一体化管理：堆叠后的交换机可以被视为一个整体进行管理，简化了网络管理和配置。

（2）高可用性：主交换机故障时，备用交换机可以自动接管，实现无缝切换，提高网络的可用性。

（3）灵活的端口扩展：堆叠后的交换机可以通过插拔模块或线缆来扩展端口数量，满足不同规模网络的需求。

（4）高性能：堆叠后的交换机可以实现内部端口的全双工通信，提供更高的带宽和更低的延迟。

3. 应用交换机堆叠技术被广泛应用于企业和组织的核心交换机部署。

通过堆叠多个交换机，可以实现高可用性、高性能的核心交换机架构，提供稳定可靠的网络服务。

思科认证：剖析交换机级联和堆叠集群的详细技术（2）思科认证：剖析交换机级联和堆叠集群的详细技术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。

不同厂家的交换机可以级联，但不能集群。

即使同一厂家的交换机，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。

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，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交换机通过一定的方式相互连接。

根据需要，多台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)。

堆叠指的是通过堆叠模块连在一起，几个堆叠在一起的交换机可以视同一个交换机来管理。

级联则是通过级联口将交换机联在一起。

有些交换机可以堆叠，有的交换机不支持堆叠功能。

级连扩展级连扩展模式是最常规，最直接的一种扩展方式，一些构建较早的网络，都使用了集线器（HUB）作为级连的设备。

因为当时集线器已经相当昂贵了，多数企业不可能选择交换机作为级连设备。

那是因为大多数工作组用户接入的要求，一般就是从集线器上一个端口级连到集线架上。

在这种方式下，接入能力是得到了很大的提高，但是由于一些干扰和人为因素，使得整体性能十分低下，只单纯地满足了多端口的需要，根本无暇考虑转发交换功能。

现在的级连扩展模式综合考虑到不同交换机的转发性能和端口属性，通过一定的拓扑结构设计，可以方便地实现多用户接入。

级连模式的典型结构如图一所示。

级连模式是组建大型LAN最理想的方式，可以综合利用各种拓扑设计技术和冗余技术，实现层次化网络结构，如通过双归等拓扑结构设计冗余，通过Link Aggregation 技术实现冗余和Up Link的带宽扩展，这些技术现在已经非常成熟，广泛使用在各种局域网和城域网中。

级连模式使用通用的以太网端口进行层次间互联，如100M FE端口、GE端口以及新兴的10GE端口。

级连模式是以太网扩展端口应用中的主流技术。

它通过使用统一的网管平台实现对全网设备的统一管理，如拓扑管理和故障管理等等。

级连模式也面临着挑战，当级连层数较多，同时层与层之间存在较大的收敛比时，边缘节点之间由于经历了较多的交换和缓存，将出现一定的时延。

解决方法是汇聚上行端口来减小收敛比，提高上端设备性能或者减少级连的层次。

在级连模式下，为了保证网络的效率，一般建议层数不要超过四层。

如果网络边缘节点存在通过广播式以太网设备如HUB 扩展的端口，由于其为直通工作模式，不存在交换，不纳入层次结构中，但需要注意的是，HUB工作的CSMA/CD机制中，因冲突而产生的回送可能导致的网络性能影响将远远大于交换机级连所产生的影响。