以太网交换机的堆叠与级联基础

当单一交换机所能够提供的端口数量不足以满足网络计算机的需求时，必须要有两个以上的交换机提供相应数量的端口，这也就要涉及到交换机之间连接的问题。从根本上来讲，交换机之间的连接不外乎两种方式，一是堆叠，一是级联。
　　
　　 1． GBIC和SFP
　　（1）GBIC
　　
　　Cisco GBIC（GigaStack Gigabit Interface Converter）是一个通用的、低成本的千兆位以太网堆叠模块，可提供Cisco交换机间的高速连接，既可建立高密度端口的堆叠，又可实现与服务器或千兆位主干的连接，为快速以太网向千兆以太网的过渡，提供了廉价的、高性能的选择方案。此外，借助于光纤，还可实现与远程高速主干网络的连接。GBIC模块分为两大类，一是普通级联使用的GBIC模块，二是堆叠专用的GBIC模块。
　　
　　● 级联GBIC模块
　　
　　级联使用的GBIC模块分为4种，一是1000Base-T GBIC模块（如图1所示），适用于超五类或六类双绞线，最长传输距离为100米；二是1000Base-SX GBIC模块（如图2所示），适用于多模多纤（MMF），最长传输距离为500米；三是1000Base-LX/LH GBIC模块，适用于单模光纤（SMF），最长传输距离为10千米；四是1000Base-ZX GBIC，适用于长波单模光纤，最长传输距离为70千米~100千米。
　　 　
　　 图1 1000Base-T GBIC模块
　　 　
　　 图2 1000Base-SX GBIC模块
　　
　　GBIC模块安装于千兆以太网模块的GBIC插槽中，用于提供与其他交换机和服务器的千兆位连接。如图3所示为安装在Cisco Catalyst 4006千兆以太网模块中的GBIC。
　　 　
　　 图3 安装在GBIC插槽中的GBIC模块
　　● 堆叠GBIC模块
　　
　　堆叠GBIC模块用于实现交换机之间的廉价千兆连接。如图4所示为适用于Cisco Catalyst 2950/3550的GigaStack GBIC堆叠模块。需要注意的是，GigaStack GBIC专门用于交换机之间的千兆位堆叠，GigaStack GBIC之间的连接采用专门的堆叠电缆。
　　 　
　　 图4 Cisco GigaStack GBIC堆叠模块和电缆
　　（2）SFP
　　
　　SFP（Small Form-factor Pluggables）可以简单的理解为GBIC的升级版本。SFP模块（如图5所示）体积比GBIC模块减少一半，可以在相同面板上配置多出一倍以上的端口数量。由于SFP模块在功能上与GBIC基本一致，因此，也被有些交换机厂商称为小型化GBIC（Mini-GBIC）。
　　
　　 图5 SFP模块
　　
　　 2． 交换机的堆叠
　　提供堆叠接口的交换机之间可以通过专用的堆叠线连接起来。通常，堆叠的带宽是交换机端口速率的几十倍，例如，一台100Mbps交换机，堆叠后两台交换机之间的带宽可以达到几百兆甚至上千兆。多台交换机的堆叠是靠一个提供背板总线带宽的多口堆叠母模块与单口的堆叠子模块相联实现的，并插入不同的交换机实现交换机的堆叠。
　　
　　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、甚至是型号是否支持堆叠。
　　
　　堆叠不仅通常需要使用专门的堆叠电缆，而且甚至需要专门的堆叠模块，如Cisco GigaStack GBIC。另外，同一叠堆中的交换机必须是同一品牌，否则，根本没有办法堆叠。因此，如果准备使用堆叠的方式扩充端口，就必须事先做好购置计划。
　　
　　交换机的堆叠是扩展端口最快捷、最便利的方式。堆叠的优点实在多多，主要包括以下几个方面：
　　
　　● 高密度端口
　　
　　不同品牌的交换机支持堆叠的层数有所不同，一般情况下，最少可堆叠2层，而最多可堆叠至8层，因此，可在一个狭小的空间内为密集的计算机网络提供上百个端口。
　　
　　● 便于管理
　　
　　一个叠堆的若干台交换机可视为一台交换机进行管理，只需赋予其1个IP地址，即可通过该IP地址对所有的交换机进行管理，从而大大减少了管理的强度和难度，极大地节约了管理成本。

 

不仅相同品牌或不同品牌的交换机之间都可以通过级联的方式而扩展端口，而且交换机和集线器之间也可以通过级联的方式进行。因此，级联通常是解决不同品牌交换机如何连接的有效手段。
　　
　　 双绞线端口的级联
　　级联既可使用普通端口也可使用特殊的MDI-II端口。当相互级联的两个端口分别为普通端口（即MDI-X）端口和MDI-II端口时，应当使用直通电缆。当相互级联的两个端口均为普通端口（即MDI-X）或均为MDI-II端口时，则应当使用交叉电缆。
　　
　　无论是10Base-T以太网、100Base-TX快速以太网还是1000Base-T千兆以太网，级联交换机所使用的电缆长度均可达到100米，这个长度与交换机到计算机之间长度完全相同。因此，级联除了能够扩充端口数量外，另外一个用途就是快速延伸网络直径。当有4台交换机级联时，网络跨度就可以达到500米。这样的距离对于位于同一座建筑物内的小型网络而言已经足够了！
　　
　　1． 使用Uplink端口级联
　　
　　现在，越来越多交换机（Cisco交换机除外）提供了Uplink端口（如图1所示），使得交换机之间的连接变得更加简单。
　　 　
　　 图1 Uplink端口
　　
　　Uplink端口是专门用于与其他交换机连接的端口，可利用直通跳线将该端口连接至其他交换机的除Uplink端口外的任意端口（如图2所示），这种连接方式跟计算机与交换机之间的连接完全相同。需要注意的是，有些品牌的交换机（如3Com）使用一个普通端口兼作Uplink端口，并利用一个开关（MDI/MDI-X转换开关）在两种类型间进行切换。
　　 　
　　 图2 利用直通线通过Uplink端口级联交换机
　　
　　2． 使用普通端口级联
　　
　　如果交换机没有提供专门的级联端口（Uplink端口），那么，将只能使用交叉跳线，将两台交换机的普通端口连接在一起，扩展网络端口数量（如图3所示）。需要注意的是，当使用普通端口连接交换机时，必须使用交叉线而不是直通线。
　　 　
　　 图3 利用交叉线通过普通端口级联交换机
　　
　　 光纤端口的级联
　　由于光纤端口的价格仍然非常昂贵，所以，光纤主要被用于核心交换机和骨干交换机之间连接，或被用于骨干交换机之间的级联。需要注意的是，光纤端口均没有堆叠的能力，只能被用于级联。
　　
　　1． 光纤跳线的交叉连接
　　
　　所有交换机的光纤端口都是2个，分别是一发一收。当然，光纤跳线也必须是2根，否则端口之间将无法进行通讯。当交换机通过光纤端口级联时，必须将光纤跳线两端的收发对调，当一端接“收”时，另一端接“发”。同理，当一端接“发”时，另一端接“收”（如图4所示）。令人欣慰的是，Cisco GBIC光纤模块都标记有收发标志，左侧向内的箭头表示“收”，右侧向外的箭头表示“发”。如果光纤跳线的两端均连接“收”或“发”，则该端口的LED指示灯不亮，表示该连接为失败。只有当光纤端口连接成功后，LED指示灯才转为绿色。
　　 　
　　 图4 光纤端口的级联
　　
　　同样，当骨干交换机连接至核心交换机时，光纤的收发端口之间也必须交叉连接（如图5所示）。
　　
　　 图5 核心交换机与骨干交换机的连接

　　
　　2． 光纤跳线及光纤端口类型
　　
　　光纤跳线分为单模光纤和多模光纤。交换机光纤端口、跳线都必须与综合布线时使用的光纤类型相一致，也就是说，如果综合布线时使用的多模光纤，那么，交换机的光纤接口就必须执行1000Base-SX标准，也必须使用多模光纤跳线；如果综合布线时使用的单模光纤，那么，交换机的光纤接口就必须执行1000Base-LX/LH标准，也必须使用单模光纤跳线。
　　
　　需要注意的是，多模光纤有两种类型，即62.5/125μm和50/125μm。虽然交换机的光纤端口完全相同，而且两者也都执行1000Base-SX标准，但光纤跳线的芯径必须与光缆的芯径完全相同，否则，将导致连通性故障。
　　
　　另外，相互连接的光纤端口的类型必须完全相同，或者均为多模光纤端口，或者均为单模光纤端口。一端是多模光纤端口，而另一端是单模光纤端口，将无法连接在一起。
　　
　　3． 传输速率与双工模式
　　
　　与1000Base-T不同，1000Base-SX、1000Base-LX/LH和1000Base-ZX均不能支持自适应，不同速率和双工工作模式的端口将无法连接并通讯。因此，要求相互连接的光纤端口必须拥有完全相同的传输速率和双工工作模式，既不可将1000Mbps的光纤端口与100Mbps的光纤端口连接在一起，也不可将全双工模式的光纤端口与半双工模式的光纤端口连接在一起，否则，将导致连通性故障。