虚拟交换机技术简介及IP城域网实际应用

当虚拟交换机系统通过加入设备而形成，那么就属于合并了两个虚拟交换机，此时两台设备就需要以角色选举规则为依据展开竞选，竞选成功的话，那么就等于部分端口与备用主控板增加，而失败的话在重启系统后，设备都会被分配Slave的角色并加入到系统中。

• 成员设备的离开

在成员设备的离开方面，如果相邻设备直接连接，那么当有故障出现于一台或两台设备之间时，另一台设备就会在第一时间内向系统中其他设备传播前一台设备离开的信息。而两台相邻设备属于跨接或者其他无法直接连接的情况，那么当有故障出现于一台设备或链路中时，另一台设备对前一台设备的离开的判定只能够以系统设备间的实时报文超时为依据，并向系统内其他设备进行信息的传播。

一旦设备离开得以确定，还需要以拓扑信息为依据，对离开设备的角色进行判定。如果离开的角色属于Master，那么所有设备就需要在角色选举下对本地拓扑进行更新，而离开的设备属于Slave，那么可以对拓扑进行直接更新，角色不需要进行重新选举。

三、虚拟交换机技术实现方式

1. 级联模式

两台或两台以上的交换机通过光纤或者双绞线将RJ-45端口连接起来，这种方式称为级联。当拓扑是总线型时，使用普通端口进行级联即可。当拓扑为星形时，则需要专门的级联端口Uplink端口。总线型的优势在于传输距离，而星形的优势在于网络带宽的保持。级联最大的作用还是体现在延长传输距离上，比如在10Base-T、100Base-TX和1000Base-T以太网中，通过级联的方式，网络传输距离最大能够达到200米。

通过上面可以看出，级联的实现还是比较简单的。但由于级联层数的增加，会影响网络的效率，特别是最后一层的信号延迟会越大。因此，级联技术在实现时，不仅要消除网络内的环路，提供有冗余链路，还得将控制级联的层数，一般不超过4层。同时，当级联的交换机增加时，除了要对各台在逻辑上独立的交换机进行管理配置，还得考虑网络转发过程中产生的瓶颈问题。所以总的来说，级联技术一定程度上解决了传输距离和端口的需求，但整体性能表现不算太好。实际上级联技术只是增加了可用的端口数量，没有在拓扑逻辑方面对网络设备进行简化，对整体网络性能的提升来说没有太大作用。

2. 堆叠模式

堆叠技术是将多台交换机上专用的堆叠模块通过专用的堆叠电缆，组合在一起，已提供更多的可用端口和容量。不同于级联的是，堆叠后组成的单元在逻辑上是可以被看做一台交换机来对其进行控制和管理的。这大大减少了管理和维护过程中的工作量。但堆叠技术的兼容性不高，不同品牌之间互相不能实现堆叠。

一般来说，堆叠技术可分为菊花链堆叠和星型堆叠这两种模式。

(1) 菊花链堆叠模式

菊花链堆叠方式和前一节提到的级联方式特别相近，不过连接时还是需要专门的堆叠线缆，设备间连接方式如下图。但事实上这种方式必须要采用STP生成树协议，不然很容易引起广播风暴。当菊花链堆叠中任何一台设备或者链路出现状况，会需要重新运行STP协议，因此会造成网络中断。同时，若采用这种方式，设备间数据互相传输的路径太长，造成效率太低。

综合来说，菊花链堆叠方式同级联一样，主要的贡献还是在可用端口数量的增加，甚至在单端口效率上还远低于级联技术。而且在传输距离上也只能是在一个几家内实现，这方面远不如级联技术。因此大多数情况下很少采用菊花链堆叠方式。

(2) 星型堆叠模式

相对于菊花链式堆叠，，星形堆叠的性能要优越得多。所谓星型堆叠就是通过高速堆叠端口将所有设备上行连接到主设备的基于专门集成电路的硬件交换堆叠中心。该单元交换容量一般在10~32G左右，这就对堆叠层数进行了限制。

在星型对堆叠示意图(上图)中，由于所有Slave的堆叠模块都集中上联到Master设备的堆叠中心，所以只需要三次交换就可以实现任何两个端节点之间的数据转发。相当于Master设备跟所有Slave设备只相差一级。这大大提高了系统各成员之间的转发速率和单端口数据转发效率。除此之外，在拓扑逻辑当中，所有堆叠在一起的设备共享一个IP地址，即对外呈现为一台设备单元。这有利于堆叠设备的管理和维护。但是星型堆叠的距离一般不能超过2米，用于提高带宽的Matrix接口又不具有通用性。同时，用作实现堆叠的专门的堆叠专用端口不能用来连接其他网络设备。

通过上述分析可以得知，传统的堆叠技术虽然可以提供更多的可用端口和较好的带宽，管理维护方面也相对方便。但基本只能在同一个机架内实现，连接距离较短，且兼容性较差。

3. 集群模式

集群技术实际上是级联技术和堆叠技术的结合版。通过集群技术，不仅可以拥有像级联技术一样的连接距离，还拥有堆叠技术的带宽和较高的转发效率，在逻辑上也可被作为单一单元进行管理和维护。集群技术的运用，不仅可以动态收集维护拓扑信息，对成员交换机进行升级和管理，还大大节省了IP资源。

集群交换系统主要有负责集群建立、管理和维护的命令交换机，负责接受管理的成员交换机，负责为命令交换机备份的备份交换机，还有可以加入系统变为成员的候选交换机这四种角色。一般使用的协议主要有用来发现相邻设备的邻居发现协议，用来管理合维护集群系统拓扑的拓扑手机协议，以及用来实现系统建立、增减成员、更新配置等管理功能的集群管理协议。集群系统建立后，各成员交换机会定时通过握手报文的方式，将自己当前的状态上报给命令交换机。再通过命令交换机的命令，调整自己的状态。除此之外，集群管理还设置了命令从定向功能。命令定向功能是指命令交换机发出的命令可定向发送到某一特定的成员交换机上，而不需要对整个网络进行广播，这也大大提高了系统的运行效率。

（编辑：核心网）

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