堆叠、级联和集群的概念

文章一：

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。堆叠（Stack）和级联（Uplink）的主要目的是增加端口密度。

考虑到局域网的发展现状，因此本文提到的局域网，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）。 级联的典型拓扑如下

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。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、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。

级联的缺点：下层的交换机的总体速度，受限于上层交换机的端口带宽。下级的设备只能共享较窄的出口。

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)。

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)。

二、堆叠

堆叠是指将一台以上的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式。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。 

级联和堆叠的区别

    简单的说：堆叠是平等关系，而级联是上下级关系。

     堆叠实际上把每台交换机的母板总线连接在一起，不同交换机任意二端口之间的延时是相等的，就是一台交换机的延时。而级联就会产生比较大的延时（级联是上下级的关系）。级联的层次是有限制的。而且每层的性能都不同，最后层的性能最差。而堆叠是把所有堆叠的交换机的背板带宽共享。例如一台交换机的背板带宽为2G，那么3台交换机堆叠的话，每台交换机在交换时就有6G的背板带宽。而且堆叠是同级关系，每台交换机的性能是一样的。

注意

• 堆叠是有专门的堆叠接口和堆叠线的。不是uplink口！！！

• 级联是在uplink或者普通端口连接的。uplink口和普通口的连接，区别就是用交叉线和直通线而已。

文章二

概述

当单一的交换机所能提供的端口数量不足以满足网络计算机的需求时，可以通过增加模块或通过两个以上的交换机互连来达到目的。

  多台交换机的互连有两种方式：

级联(Uplink)

堆叠(Stack)

一、级联

所谓级联，是指使用普通的线缆（双绞线、光纤）将交换机连接在一起，实现相互之间的通讯。

  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。

  级联可分为以下三种：

用普通端口级联

用Uplink端口级联光纤端口的级联

级联的优点；

       级联式结构化网络有利于综合布线，易理解，安装，不用考虑交换机的性能和端口属性，可以方便的实现大量端口的接入，通过统一的网管平台，可以实现对全网络设备的统一管理。

级联的缺点：

即连接层数较多的时候，同时层次之间存在较大的收敛比时，将出现一定的延时，解决方法是提高设备性能或是减少级联的层次。

二、堆叠

交换机的堆叠就是交换机用堆叠线通过堆叠模块把两台或多台交换机连接起来，将它们作为一个交换机使用和治理，实现高速连接。

  交换机上的堆叠模块有两个口：一个进口（UP向上线），一个出口（DOWN向下线），用厂商提供的专用连接电缆（堆叠线），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。

堆叠的优点：

（1）通过堆叠，可以扩展端口密度。

（2）方便用户的管理操作。通过堆叠，用户可以将一组交换机作为一个逻辑对象，通过一个IP来管理，减少IP地址的占用并方便管理。

（3）扩展上链带宽。如8台S2126G/S2150G交换机堆叠，上链可以有8个千兆端口，8个千兆口形成聚合端口，带宽可以达到8Gbps。

堆叠的缺点：

  堆叠交换机的数目有限制；要求堆叠成员离自己的位置足够近，一般在同一机柜中。

区别

1）实现的方式不同

   级联是通过一根双绞线在任何厂家的交换机之间或集线器之间实现；堆叠技术只能在自家的设备之间，且设备必须具有堆叠功能才可实现。

（2）设备数目限制不同

     交换机级联在理论上没有级联数限制(注意：集线器级联有个数限制且10M和100M的要求不同)，而堆叠设备会标明最大堆叠个数。

（3）连接后性能不同

     级联有上下级关系，多个设备级联会产生级联瓶颈；堆叠是通过交换机的背板连接起来的，是建立在芯片级上的连接，任意两端口之间的延时是相等的。

（4）连接后逻辑属性不同

  堆叠后的数台交换机在逻辑上是一个被管理的设备，可以对所有交换机进行统一的配置与管理。

  相互级联的交换机在逻辑上是各自独立的，必须依次对每台交换机进行配置和管理。

（5）连接距离限制不同

    一般级联可以增加连接距离，堆叠线缆最长只有几米，一般堆叠的交换机处于同一个机柜中。