交换机链接技术在专网可用性和安全性保障中的应用

【 摘 要 】 随着接入用户逐年增多，专网网络规模不断扩大，大量、不同品牌交换机设备得到应用。论文首先对影响网络可用性的主要因素进行了简单分析，然后对交换机链接技术进行了具体归纳、分析了其技术特点，最后结合专网实际提出了专网可用性和安全性保障中交换机链接应用建议方式及部署需注意的相关事项。

【 关键词 】 交换机；链接；网络可用性

【 中图分类号 】 TP393.02 【 文献标识码 】 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网络传输是基于TCP/IP体制，最基本特征是属于一种开放式体制、传输自动寻址、尽力而为等特征，具有“发送数据时不用提前发出申请，想发送给谁，就发送给谁，想发送多大流量，就可以发送多大流量，想发送什么信息就发送什么信息”的便利性，随之也带来了不能确保数据可靠到达的重要缺陷。

网络可用性是网络建设最重要的性能之一，与网络可靠性和可维性密切相关。它与可靠性衡量指标网络平均无故障时间（MTBF）成正比关系，与可维性衡量指标网络平均恢复时间（MTTR）成反比关系。因而作为系统，提高网络系统可用性也就基本等同于提高网络系统可靠性，它不仅仅与单个网络设备的可靠性有关，更是整个系统各重要部分的可靠性综合，具体包括单个网络设备的可靠性、网络链路介质可靠性、网络拓扑结构、设备运行环境、管理和服务等几方面。

为提高系统可用性，从网络设计角度看，对应的主要因素应从几方面入手：设备上，提高设备硬件处理能力，进行主控板、业务板、电源、风扇等重要配件热备冗余；链路上，进行设备间链路冗余；拓扑上，进行重要节点设备冗余并对拓扑结构简化、优化；应用策略上，实施各种可靠性保障协议；机房配套上，注重改善设备供电、空调系统；运维上，改善软硬件执勤、网络管理监控设施。

实际工程中链路传输介质（特别是光纤）可靠性远低于设备可靠性，光纤骨干的维护、接头连接件易损、松动以及连接错误都是可靠性的致命因素。因此对交换机链接进行冗余、优化，结合应用相关可靠性保障技术在很大程度上提高整个系统的可用性。

2 典型交换机链接技术

2.1 级联

级联是指网络系统中交换机节点间通过专用级联端口或任意业务端口单条线路进行链接，它是一种简单实现多个交换机互连的方法。一般呈总线或星型，其主要作用是延展网络用户接入范围、增加网络用户接入端口数量。工程建设中除设备外主要是进行链接线路建设，成本最低。

2.2 通道

通道也叫链路聚合，是指网络系统中交换机间通过两条或两条以上链路进行多条物理线路连接，应用相关协议，通过捆绑多条链路成一条虚拟通道并进行网络通信的一种交换机互连方法。其中任意单条线路出现故障都不会对交换机间通信产生影响，其主要作用也是延伸了网络用户接入范围、增加了网络用户接入端口数量，并在提高网络可靠性同时提高了交换机间链路带宽，在一定程度上消除了交换机间通信瓶颈，具有较强的负载均衡功能。和级联方式一样，其工程实现主要是进行链接线路建设，成本较低，非常实用。

2.3 堆叠

堆叠是指网络系统中两个或两个以上具有相关特性的交换机通过专用堆叠卡或业务口、专用线缆进行链接，通过相关保障协议将多个交换机设备虚拟成一独立的逻辑设备进行管理和通信的一种交换机互连方法，这种方法主要适用于盒式交换机，其作用是在有限的空间扩展了交换机接入端口密度，简化了网络拓扑的同时成倍的提高了逻辑交换机的整机处理能力，堆叠系统多台成员交换机之间冗余备份；堆叠支持跨设备的链路聚合功能，实现跨设备的链路冗余备份，极大程度提高了网络可靠性。堆叠交换机间其工程实现首先需要设备具备相关支持能力，其次要对相关链接模块、缆线进行建设，因而成本较高。

2.4 集群

同堆叠技术是指网络系统中两或多台支持集群特性的交换机设备，通过主控板专用子卡、专用线缆组合在一起，从逻辑上组合成一台交换设备，主要用于框式交换机链接。具有堆叠交换机同样特征和优点。

3 交换机链接技术在专网可用性保障应用及注意事项

3.1 交换机链接技术在专网可用性保障应用

分析专用网络拓扑及数据传输特点：系统设备主要节点位置可分为端站、二级中心站、一级中心站；数据传输方向为端站采集数据后向二级中心站传输，二级中心站将数据处理后，分发至端站及一级中心站；数据流主要在端站和二级中心站之间传递。

分开来看，端站、各级中心站都是一个典型三层交换结构的局域网：由核心层、汇聚层和接入层设备组成。进行网络建设设计原则应该结合实际业务应用，提高系统整体性能，综合考虑管理、灵活部署设备、简化系统复杂程度，最大保证可靠性，同时控制成本。专网典型三层交换链接技术应用示意，如图1所示。

局域网交换机链接部署原则：核心层交换机链接采用线缆堆叠、集群、通道，以增强处理能力、简化网络拓扑为主。

汇聚层和接入层交换机链接采用部分主要部位进行堆叠，其他以通道、简单级联形式为主，尽量增加接入带宽并扩展接入范围提高可用性，汇聚层对上可采用启用三层交换双上联，对下也可启用三层双下联或启用二层通道进行链接。

通道式适用同一建筑内的不同楼层光纤、双绞线。组成通道的端口可以光电混用，只要速率/双工设置相同。

普通级联可适用于不同建筑、同一建筑不同楼层光纤线路。

3.2 交换机链接技术在专网保障应注意事项

3.2.1 网络设备、线路方面

网络设备方面：

（1）对于简单级联、通道链接技术，交换机设备可以是不同品牌；

（2）通道链接技术应注意所用端口必须设置成同一速率、同一工作模式，因链接技术不同，不同厂商对各种交换机链接的支持层数有所不同，专网建设模式下，简单级联、通道链接建议以星行模式为主，如采用总线模式不宜超过三层；

（3）堆叠链接技术应采用同一品牌及专用模块、级联线缆，可以是不同型号，业务更改时设备应注意需冷重启，相关板卡一般不支持热插拔；

（4）集群链接技术应采用同一品牌同一型号交换机，并专用模块、级联线缆。在对框式交换机进行集群时，注意设备堆叠板与交换业务板带宽适配性。

另外，部分交换机集群特性需要证书（License）支持，采购设备尤其注意。

线路方面：

（1）进行交换机链接时，应尽力保证交换机间中继线路具有尽量大的带宽，为此可采用全双工和链路汇聚技术，链接端口采用全双工技术后，不但相应端口吞吐量加倍，而且中继距离大大增加，使得异地分布、距离较远的多台交换机链接成为可能；

（2）简单级联和通道链接时应注意中继光纤线路的收发及双绞线的接口标准一端为568A，另端为568B；

（3）堆叠、集群链接由于线缆限制，适用核心机房内部交换机链接。

3.2.2 配置策略方面

（1）保障协议所占性能开销。

交换机通道、堆叠、集群链接能够正常运行都需要设备相关协议进行协作，如果这些协议在运行一段时间后，主、从交换机之间通讯队列被占满，就会导致交换机之间不能正常通信，从交换机的信息不能传送到主交换机上。在使用菊花链方式进行堆叠、集群链接的交换机中，从交换机端口接收到用户信息后首先会将信息发送给主交换机并由主交换机进行处理，如果传输通道堵塞，主交换机就不能收到从交换机发送的的数据包，导致客户端发送的所有数据不能传送到主交换机并被主交换机及时处理，最终结果是用户主机不能上网。

（2）配置方法以及与其他控制协议配合。

通道链接方式中，交换机链接两端通道接口也具有二层交换协议特性，应注意通道组成员状态改变对整个设备生成树协议（SPT）会产生影响，建议合理设置通道的STP COST值。另外，通道链接两端交换机设备可采用不同厂商，在进行配置时应注意相关私有协议的配合，例如华为与思科的快速生成树协议、华为与H3C的链路聚合模式之间的协同。

堆叠链接中，交换机成员有主、备、从之分。堆叠实施方式有堆叠卡/业务口两种，其中应注意业务口优先级最高。

（3）与保障业务支持。

通道链接中对业务流的线路分配原则是根据源/目的/源+目的IP或mac进行Hash算法进行分配，在进行策略配置时应根据业务实际使用情况进行负载均衡规划，尤其避免拓扑中接入/汇聚/核心得二个层次都采用通道链接时的hash算法选择。

作者简介：

李乃振（1975-），男，汉族，辽宁鞍山人，毕业于长春科技大学，本科学士，工程师；主要研究方向和关注领域：计算机网络、网络安全。