交換機鏈接技術在專網(wǎng)可用性和安全性保障中的應用

【 摘 要 】 隨著接入用戶逐年增多，專網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大，大量、不同品牌交換機設備得到應用。論文首先對影響網(wǎng)絡可用性的主要因素進行了簡單分析，然后對交換機鏈接技術進行了具體歸納、分析了其技術特點，最后結合專網(wǎng)實際提出了專網(wǎng)可用性和安全性保障中交換機鏈接應用建議方式及部署需注意的相關事項。

【 關鍵詞 】 交換機；鏈接；網(wǎng)絡可用性

【 中圖分類號 】 TP393.02 【 文獻標識碼 】 A

【 Abstract 】 Along with the user access is increasing year by year， special network scale is continually expanding， a large number of different brands of switch equipment applied， firstly， the main factors of influencing network availability were simple analysis， then the switch link technology for the specific induction， the characteristics of the technology are analyzed， finally， according to the network conditions， the paper puts forward the network availability protection switch to link the application suggestion and deployment should pay attention to the related matters.

【 Keywords 】 switch；link；availability

1 引言

IP網(wǎng)絡傳輸是基于TCP/IP體制，最基本特征是屬于一種開放式體制、傳輸自動尋址、盡力而為等特征，具有“發(fā)送數(shù)據(jù)時不用提前發(fā)出申請，想發(fā)送給誰，就發(fā)送給誰，想發(fā)送多大流量，就可以發(fā)送多大流量，想發(fā)送什么信息就發(fā)送什么信息”的便利性，隨之也帶來了不能確保數(shù)據(jù)可靠到達的重要缺陷。

網(wǎng)絡可用性是網(wǎng)絡建設最重要的性能之一，與網(wǎng)絡可靠性和可維性密切相關。它與可靠性衡量指標網(wǎng)絡平均無故障時間（MTBF）成正比關系，與可維性衡量指標網(wǎng)絡平均恢復時間（MTTR）成反比關系。因而作為系統(tǒng)，提高網(wǎng)絡系統(tǒng)可用性也就基本等同于提高網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性，它不僅僅與單個網(wǎng)絡設備的可靠性有關，更是整個系統(tǒng)各重要部分的可靠性綜合，具體包括單個網(wǎng)絡設備的可靠性、網(wǎng)絡鏈路介質可靠性、網(wǎng)絡拓撲結構、設備運行環(huán)境、管理和服務等幾方面。

為提高系統(tǒng)可用性，從網(wǎng)絡設計角度看，對應的主要因素應從幾方面入手：設備上，提高設備硬件處理能力，進行主控板、業(yè)務板、電源、風扇等重要配件熱備冗余；鏈路上，進行設備間鏈路冗余；拓撲上，進行重要節(jié)點設備冗余并對拓撲結構簡化、優(yōu)化；應用策略上，實施各種可靠性保障協(xié)議；機房配套上，注重改善設備供電、空調系統(tǒng)；運維上，改善軟硬件執(zhí)勤、網(wǎng)絡管理監(jiān)控設施。

實際工程中鏈路傳輸介質（特別是光纖）可靠性遠低于設備可靠性，光纖骨干的維護、接頭連接件易損、松動以及連接錯誤都是可靠性的致命因素。因此對交換機鏈接進行冗余、優(yōu)化，結合應用相關可靠性保障技術在很大程度上提高整個系統(tǒng)的可用性。

2 典型交換機鏈接技術

2.1 級聯(lián)

級聯(lián)是指網(wǎng)絡系統(tǒng)中交換機節(jié)點間通過專用級聯(lián)端口或任意業(yè)務端口單條線路進行鏈接，它是一種簡單實現(xiàn)多個交換機互連的方法。一般呈總線或星型，其主要作用是延展網(wǎng)絡用戶接入范圍、增加網(wǎng)絡用戶接入端口數(shù)量。工程建設中除設備外主要是進行鏈接線路建設，成本最低。

2.2 通道

通道也叫鏈路聚合，是指網(wǎng)絡系統(tǒng)中交換機間通過兩條或兩條以上鏈路進行多條物理線路連接，應用相關協(xié)議，通過捆綁多條鏈路成一條虛擬通道并進行網(wǎng)絡通信的一種交換機互連方法。其中任意單條線路出現(xiàn)故障都不會對交換機間通信產生影響，其主要作用也是延伸了網(wǎng)絡用戶接入范圍、增加了網(wǎng)絡用戶接入端口數(shù)量，并在提高網(wǎng)絡可靠性同時提高了交換機間鏈路帶寬，在一定程度上消除了交換機間通信瓶頸，具有較強的負載均衡功能。和級聯(lián)方式一樣，其工程實現(xiàn)主要是進行鏈接線路建設，成本較低，非常實用。

2.3 堆疊

堆疊是指網(wǎng)絡系統(tǒng)中兩個或兩個以上具有相關特性的交換機通過專用堆疊卡或業(yè)務口、專用線纜進行鏈接，通過相關保障協(xié)議將多個交換機設備虛擬成一獨立的邏輯設備進行管理和通信的一種交換機互連方法，這種方法主要適用于盒式交換機，其作用是在有限的空間擴展了交換機接入端口密度，簡化了網(wǎng)絡拓撲的同時成倍的提高了邏輯交換機的整機處理能力，堆疊系統(tǒng)多臺成員交換機之間冗余備份；堆疊支持跨設備的鏈路聚合功能，實現(xiàn)跨設備的鏈路冗余備份，極大程度提高了網(wǎng)絡可靠性。堆疊交換機間其工程實現(xiàn)首先需要設備具備相關支持能力，其次要對相關鏈接模塊、纜線進行建設，因而成本較高。

2.4 集群

同堆疊技術是指網(wǎng)絡系統(tǒng)中兩或多臺支持集群特性的交換機設備，通過主控板專用子卡、專用線纜組合在一起，從邏輯上組合成一臺交換設備，主要用于框式交換機鏈接。具有堆疊交換機同樣特征和優(yōu)點。

3 交換機鏈接技術在專網(wǎng)可用性保障應用及注意事項

3.1 交換機鏈接技術在專網(wǎng)可用性保障應用

分析專用網(wǎng)絡拓撲及數(shù)據(jù)傳輸特點：系統(tǒng)設備主要節(jié)點位置可分為端站、二級中心站、一級中心站；數(shù)據(jù)傳輸方向為端站采集數(shù)據(jù)后向二級中心站傳輸，二級中心站將數(shù)據(jù)處理后，分發(fā)至端站及一級中心站；數(shù)據(jù)流主要在端站和二級中心站之間傳遞。

分開來看，端站、各級中心站都是一個典型三層交換結構的局域網(wǎng)：由核心層、匯聚層和接入層設備組成。進行網(wǎng)絡建設設計原則應該結合實際業(yè)務應用，提高系統(tǒng)整體性能，綜合考慮管理、靈活部署設備、簡化系統(tǒng)復雜程度，最大保證可靠性，同時控制成本。專網(wǎng)典型三層交換鏈接技術應用示意，如圖1所示。

局域網(wǎng)交換機鏈接部署原則：核心層交換機鏈接采用線纜堆疊、集群、通道，以增強處理能力、簡化網(wǎng)絡拓撲為主。

匯聚層和接入層交換機鏈接采用部分主要部位進行堆疊，其他以通道、簡單級聯(lián)形式為主，盡量增加接入帶寬并擴展接入范圍提高可用性，匯聚層對上可采用啟用三層交換雙上聯(lián)，對下也可啟用三層雙下聯(lián)或啟用二層通道進行鏈接。

通道式適用同一建筑內的不同樓層光纖、雙絞線。組成通道的端口可以光電混用，只要速率/雙工設置相同。

普通級聯(lián)可適用于不同建筑、同一建筑不同樓層光纖線路。

3.2 交換機鏈接技術在專網(wǎng)保障應注意事項

3.2.1 網(wǎng)絡設備、線路方面

網(wǎng)絡設備方面：

（1）對于簡單級聯(lián)、通道鏈接技術，交換機設備可以是不同品牌；

（2）通道鏈接技術應注意所用端口必須設置成同一速率、同一工作模式，因鏈接技術不同，不同廠商對各種交換機鏈接的支持層數(shù)有所不同，專網(wǎng)建設模式下，簡單級聯(lián)、通道鏈接建議以星行模式為主，如采用總線模式不宜超過三層；

（3）堆疊鏈接技術應采用同一品牌及專用模塊、級聯(lián)線纜，可以是不同型號，業(yè)務更改時設備應注意需冷重啟，相關板卡一般不支持熱插拔；

（4）集群鏈接技術應采用同一品牌同一型號交換機，并專用模塊、級聯(lián)線纜。在對框式交換機進行集群時，注意設備堆疊板與交換業(yè)務板帶寬適配性。

另外，部分交換機集群特性需要證書（License）支持，采購設備尤其注意。

線路方面：

（1）進行交換機鏈接時，應盡力保證交換機間中繼線路具有盡量大的帶寬，為此可采用全雙工和鏈路匯聚技術，鏈接端口采用全雙工技術后，不但相應端口吞吐量加倍，而且中繼距離大大增加，使得異地分布、距離較遠的多臺交換機鏈接成為可能；

（2）簡單級聯(lián)和通道鏈接時應注意中繼光纖線路的收發(fā)及雙絞線的接口標準一端為568A，另端為568B；

（3）堆疊、集群鏈接由于線纜限制，適用核心機房內部交換機鏈接。

3.2.2 配置策略方面

（1）保障協(xié)議所占性能開銷。

交換機通道、堆疊、集群鏈接能夠正常運行都需要設備相關協(xié)議進行協(xié)作，如果這些協(xié)議在運行一段時間后，主、從交換機之間通訊隊列被占滿，就會導致交換機之間不能正常通信，從交換機的信息不能傳送到主交換機上。在使用菊花鏈方式進行堆疊、集群鏈接的交換機中，從交換機端口接收到用戶信息后首先會將信息發(fā)送給主交換機并由主交換機進行處理，如果傳輸通道堵塞，主交換機就不能收到從交換機發(fā)送的的數(shù)據(jù)包，導致客戶端發(fā)送的所有數(shù)據(jù)不能傳送到主交換機并被主交換機及時處理，最終結果是用戶主機不能上網(wǎng)。

（2）配置方法以及與其他控制協(xié)議配合。

通道鏈接方式中，交換機鏈接兩端通道接口也具有二層交換協(xié)議特性，應注意通道組成員狀態(tài)改變對整個設備生成樹協(xié)議（SPT）會產生影響，建議合理設置通道的STP COST值。另外，通道鏈接兩端交換機設備可采用不同廠商，在進行配置時應注意相關私有協(xié)議的配合，例如華為與思科的快速生成樹協(xié)議、華為與H3C的鏈路聚合模式之間的協(xié)同。

堆疊鏈接中，交換機成員有主、備、從之分。堆疊實施方式有堆疊卡/業(yè)務口兩種，其中應注意業(yè)務口優(yōu)先級最高。

（3）與保障業(yè)務支持。

通道鏈接中對業(yè)務流的線路分配原則是根據(jù)源/目的/源+目的IP或mac進行Hash算法進行分配，在進行策略配置時應根據(jù)業(yè)務實際使用情況進行負載均衡規(guī)劃，尤其避免拓撲中接入/匯聚/核心得二個層次都采用通道鏈接時的hash算法選擇。

作者簡介：

李乃振（1975-），男，漢族，遼寧鞍山人，畢業(yè)于長春科技大學，本科學士，工程師；主要研究方向和關注領域：計算機網(wǎng)絡、網(wǎng)絡安全。