详解华为交换机iStack特性
以下内容摘自正在当当网、京东网预售，即将正式发售的《华为交换机学习指南》一书。本书是国内第一本，也是唯一一本华为交换机权威学习指南，是华为ICT认证培训指定教材，全书近千页！！
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5.1.2 iStack特性的产品支持
iStack也就是我们平时所说的“堆叠”，但是华为交换机的iStack功能与其他厂商的交换机堆叠功能相比又有许多不同。在最新的Sx700大系中，只有S2700、S3700、S5700和S6700系列支持iStack堆叠功能，但这些系列中也并不是所有机型都支持，而且S2700/3700系列与S5700/6700系列对iStack的特性支持也不完全一样。本节先进行具体介绍。
在S2700/3700系列中支持堆叠的交换机子系列有：S3700EI、S3700SI、S2700–52P-EI、S2700–52P-PWR-EI和S2710SI，但不同子系列的交换机不能混合堆叠。其中S3752EI和S3752SI子系列最多支持8台交换机堆叠，其他子系列产品最多支持9台交换机堆叠。但要特别说明的是：其中的S3752EI子系列交换机不能与S3728EI子系列交换机组成堆叠；S3752SI子系列交换机也不能与S3728S I子系列交换机组成堆叠。也就是堆叠中各成员交换机不仅要功能版本一样，且一般来说还需要端口数也一样。
S5700和S6700系列中目前支持9台相同型号交换机交换机组成堆叠，不同型号交换机之间也不可以混合堆叠。不同机型所支持的堆叠连接方式将在本节后面介绍。
1. 堆叠主、备交换机选举
iSack交换机堆叠系统由多台成员交换机组成，每台成员交换机具有一个确定的角色。堆叠建立时，成员交换机间相互发送堆叠竞争报文，选举出主、从交换机。当从交换机的VRP系统软件版本号与主交换机的VRP系统软件版本不一致时，从交换机将自动同步主交换机的VRP系统软件版本，复位重启后加入堆叠系统。主交换机收集成员信息并计算堆叠拓扑，然后将堆叠拓扑信息同步到所有的成员交换机。
主交换机选举规则如下：
（1）首先进行运行状态比较，已经运行的堆叠交换机中最先处于启动状态的交换机将被选举为主交换机。
（2）如果有多台成员交换机都已处于启动状态，则再对这些交换机进行堆叠优先级比较，堆叠优先级高的交换机优先选举为主交换机。
（3）如果某些成员交换机的堆叠优先级也一样，则再对这些成员交换机进行MAC地址比较，MAC地址小的交换机优先选举为主交换机。
备交换机选举规则如下：
（1）除主交换机外其它各成员交换机中最先处于启动状态的交换机成为备份交换机。
（2）如果有多台除主交换机外的其它交换机同时完成启动时，则这些成员交换机中堆叠优先级最高的交换机成为备交换机。
（3）如果以上这些交换机的堆叠优先级也相同，则MAC地址最小将选举为备交换机。
2. 堆叠连接方式
不同S系列交换机的iStack堆叠连接方式也不完全一样。S2700和S3700系列主要支持堆叠卡连接方式，是通过专门的堆叠卡中提供的堆叠端口（也可使用复用上行千兆口作为堆叠端口）和专用的SFP高速堆叠电缆（连接器为1.5m长的20针SFP公头，如图5-2所示）连接的（堆叠线缆两端插头需配戴防静电防护帽）。
图5-2 SPF堆叠线缆
S5700和S6700系列支持以下两种堆叠连接方式：
l 堆叠卡连接：各成员交换机之间通过专用的堆叠卡ETPC和专用的PCI-E堆叠电缆（如图5-3左图所示，长度为1m）连接。仅S5700EI和S5700SI子系列支持这种连接方式。
l 业务口连接：各成员交换机间通过堆叠端口绑定的堆叠物理成员端口和SFP+高速电缆（如图5-3右图所示，连接器为20针SFP+公头，长度可以有1m、3m和10m三种规格）相连，不需要专用的堆叠插卡。仅S5700LI、S5710EI和S6700系列支持这种连接方式。
S5700和S6700系列中各子系列所支持的堆叠连接方式和连接性能说明如表5-1所示。
图5-3 PCI-E堆叠电缆和SFP+堆叠高速电缆
表5-1 S5700和S6700系列中的各子系列所支持的堆叠连接方式
子系列 |
堆叠方式 |
支持堆叠的接口 |
堆叠线缆 |
最大堆叠带宽（单向） |
说明 |
S5700-P-LI (GE上行款型） |
业务口堆叠 |
V200R001版本：交换机最后的2个SFP接口 V200R002及以后版本：交换机最后的4个SFP接口 |
1m无源SFP+电缆 10m有源SFP+电缆 |
使用1m无源SFP+电缆为2.5Gbit/s 使用10m有源SFP+电缆为5Gbit/s |
V200R001版本：单交换机最多支持2个堆叠口，每个堆叠口最多包含1个物理成员口，单交换机最大支持2个物理成员口 V200R002及以后版本：单交换机最多支持2个堆叠口，每个堆叠口最多包含2个物理成员口，单交换机最大支持4个物理成员口 支持GE上行款型之间混堆，不支持GE上行款型与10GE上行款型之间混堆 S5700-10P-LI-AC和S5700-10P-PWR-LI-AC不支持堆叠 |
S5700-X-LI (10GE上行款型） |
业务口堆叠 |
交换机最后的4个SFP+接口 |
1m/3m无源SFP+电缆、10m有源SFP+电缆、普通的SFP+光模块和光纤 |
10Gbit/s |
单交换机最多支持2个堆叠口，每个堆叠口最多包含2个物理成员口，单交换机最大支持4个物理成员口 支持10GE上行款型之间混堆，不支持GE上行款型与10GE上行款型之间混堆 |
S5700-SI |
堆叠卡堆叠 |
堆叠卡的两个堆叠口 |
1m的PCIe电缆 |
12Gbit/s |
支持S5700-SI的所有PoE和非PoE款型混堆 S5700-26X-SI-12S-AC不支持堆叠 |
S5700-EI |
堆叠卡堆叠 |
堆叠卡的两个堆叠口 |
1m/3m的PCIe电缆 |
12Gbit/s |
只有S5700-52C-EI和S5700-28C-EI-24S支持，但支持S5700-EI的所有PoE和非PoE款型混堆 |
S5710-EI |
业务口堆叠 |
交换机上任意10GE接口：包括交换机前面固定的4个SFP+接口和后面的SFP+插卡 |
1m/3m无源SFP+电缆、10m有源SFP+电缆、普通的SFP+光模块和光纤 |
10Gbit/s |
V200R001版本：单交换机最多支持2个堆叠口，每个堆叠口最多包含3个物理成员口，单交换机最大支持4个物理成员口。所有堆叠口的物理成员口分布必须全部位于前面板或全部位于后面的插卡上 V200R002及以后版本：单交换机最多支持2个堆叠口，每个堆叠口最多包含4个物理成员口，单交换机最大支持8个物理成员口 支持S5710-EI的所有款型混堆 |
S6700 |
业务口堆叠 |
交换机上任意10GE接口。最多同时8个接口用于堆叠 |
1m/3m/10m无源SFP+电缆、10m有源SFP+电缆（V200R001C00版本及以后版本支持）、普通SFP+光模块和光纤 |
10Gbit/s |
支持S6700的所有款型之间混堆，接口工作在GE模式时不支持堆叠 |
S5700-HI和S5700S-LI子系列目前暂不支持堆叠 |
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3. 堆叠连接拓扑结构
华为S系列交换机iStack堆叠的连接拓扑结构有“链形连接”和“环形连接”两种。环形连接拓扑结构是堆叠成员交换机通过堆叠端**叉相连形成一个“环”形结构，如图5-4所示。
图5-4 iStack堆叠环形拓扑结构
链形连接拓扑结构中处于链两端的交换机只使用一个堆叠端口与邻居交换机相连，最终形成一个“链条”形结构（有点像交换机“级连”），如图5-5所示。相比之下，环形连接拓扑结构比链形连接拓扑结构具有更高的可靠性，因为当链形连接拓扑结构中出现链路故障时会引起堆叠分裂；而当环形连接拓扑结构中某条链路故障时会形成链形连接，整体堆叠的业务不会受到影响。所以建议在实际部署业务时采用环型拓扑结构部署。
图5-5 iStack堆叠链形拓扑结构
4. 堆叠的管理和维护
iStack堆叠建立后，所有的成员交换机形成一台逻辑交换机存在于网络中，所有成员交换机的资源由堆叠主交换机统一管理。用户可以通过任意一台成员交换机的网管接口或串口登录堆叠系统，对整个堆叠系统进行管理和维护。但同一时刻只能由一个网管接口或串口登录。
另外，在管理堆叠中的成员交换机时与管理单台交换机时在接口编号方面有些区别。对于单台没有运行堆叠的交换机，接口编号采用：0/子卡号/端口号；而在交换机加入堆叠后，接口编号采用：堆叠ID/子卡号/端口号。如交换机没有运行堆叠时，某个接口的编号为GigabitEthernet0/0/1；在该交换机加入堆叠后，如果为该交换机分配的堆叠ID为2，则该接口的编号将变为GigabitEthernet2/0/1。这样就可以使得整个堆叠交换机中各接口编号具有唯一性。
5. 堆叠成员加入
在iStack堆叠维护和使用过程中会继续进行拓扑收集工作，当发现有新的成员交换机（已配置了堆叠连接和堆叠功能）加入时会根据新加入交换机的状态采取不同的处理：
l 如果新加入的交换机本身未形成堆叠，则新加入的交换机会被选为从交换机，堆叠系统中原有主、备角色不变。
l 如果新加入的交换机本身已经形成了堆叠，此时相当于两个堆叠合并。在这种情况下，两个堆叠系统的主交换机将选举出一个更优的交换机作为新堆叠系统的主交换机，其中一个堆叠系统（新主交换机所在堆叠系统）将保持不变，业务也不会受到影响；而另外一个堆叠系统的所有交换机将重新启动后加入新堆叠，并将同步主交换机的配置，该堆叠的原有业务也将中断。
6. 堆叠成员退出
iStack堆叠成员退出是指成员交换机从堆叠系统中离开，断开堆叠连接。此时会因退出成员的角色不同对堆叠系统的影响有所不同。具体如下：
l 主交换机退出：备交换机升级为主交换机，更新堆叠拓扑结构并指定一个新的备交换机。
l 备交换机退出：主交换机更新堆叠拓扑结构并指定一个新的备交换机。
l 从交换机退出：主交换机更新堆叠拓扑结构。
7. 堆叠主、备切换和堆叠系统MAC地址切换
当iStack堆叠系统成功建立后，如果主交换机故障或脱离堆叠系统，则备交换机自动提升为主交换机，然后再由新的主交换机指定新的备交换机，并进行主、备交换机数据同步。这里的堆叠主、备切换，以及堆叠系统MAC地址的切换又要区分以下三种情况：
l 当堆叠系统第一次成功建立之后，此时堆叠系统的MAC地址是主交换机的MAC地址。当主交换机发生故障或脱离堆叠系统时，在去使能堆叠系统MAC地址延时切换功能情况下，系统MAC地址会立刻切换为新的主交换机的MAC地址。默认使能堆叠系统MAC地址延时切换功能，延迟时间为10分钟。
l 当堆叠系统成功建立之后，如果主交换机故障或脱离堆叠系统，如果堆叠系统配置了系统MAC地址切换时间，且在切换定时器超时时间内旧主交换机还没有重新加入堆叠系统，则新主交换机将堆叠系统的MAC地址切换为自己的MAC地址；反之，如果在切换定时器超时时间内旧主交换机重新加入堆叠，此时系统旧主交换机变为从交换机，但堆叠系统的MAC地址不切换。相当于，此时堆叠系统的MAC地址为从交换机MAC地址。
l 当堆叠交换机中有从交换机离开时，如果离开的从交换机的MAC地址是堆叠的系统MAC地址（如上面这种情况），且该交换机在切换定时器超时时间内没有重新加入堆叠，则主交换机将堆叠系统MAC地址切换为自己的MAC地址。
但要注意，频繁的主备切换有可能导致堆叠分裂。
8. 堆叠分裂
iStack堆叠分裂是指稳态运行的堆叠系统中带电移出部分成员交换机，或者堆叠线缆多点故障导致一个堆叠系统变成多个堆叠系统，如图5-6所示。堆叠系统分裂后，可能产生多个有相同配置的堆叠系统，导致网络中IP地址和MAC地址的冲突，引起网络故障。
图5-6堆叠分裂示意图
9. 双主检测
双主检测DAD（Dual-Active Detection），是一种检测和处理堆叠分裂的协议，可以实现堆叠分裂的检测、冲突处理和故障恢复，降低堆叠分裂对业务的影响，仅S5700和S6700系列支持，且仅支持由两台交换机组成的堆叠系统。
双主检测方式有两种：直连检测方式和Relay代理检测方式。
l 直连检测方式
如图5-7所示，堆叠成员交换机间通过专用直连链路进行双主检测。在直连检测方式中，堆叠系统正常运行时，为了减轻CPU负担不发送DAD报文；堆叠系统分裂后，堆叠成员交换机以1秒为周期通过检测链路发送DAD报文。
图5-7 直连方式双主检测示意图
l Relay代理检测方式
如图5-8所示，Relay代理检测方式在堆叠系统跨交换机Eth-Trunk上启用DAD检测，在代理交换机上启用DAD代理功能。代理交换机必须为支持DAD Relay代理功能的交换机，目前S系列交换机都支持DAD Relay代理功能。
图5-8 Relay代理方式双主检测示意图
在Relay代理检测方式中，堆叠系统正常运行时堆叠成员交换机以30秒为周期通过检测链路发送DAD报文。堆叠成员交换机对在正常工作状态下收到的DAD报文不做任何处理；堆叠系统分裂后，堆叠成员交换机以1秒为周期通过检测链路发送DAD报文。
堆叠分裂后，分裂成多部分的堆叠系统会在检测链路上相互发送DAD竞争报文。堆叠系统将接收到的报文信息与本部分竞争信息做比较：如果本部分竞争为主交换机则不做处理，保持Active状态，正常转发业务报文；如果本部分竞争为备交换机，则需要关闭除保留端口（交换机上不会被关闭的端口）外的所有业务端口，转入Recovery状态，停止转发业务报文。堆叠链路修复后，处于Recovery状态的堆叠将重新启动，同时将被关闭的业务端口恢复Up，整个堆叠系统恢复。