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2023年了,汇聚层交换机的堆叠部署还有必要吗?


2023-06-13

汇聚层交换机是什么?

汇聚层是连接接入层和核心层的网络设备,为接入层提供数据汇聚、传输、管理、分发处理的网络节点。
在选择汇聚交换机时,需要考虑到网络中接入交换机的上行端口类型和端口数,以及核心交换机下行的端口类型。在一个典型的三层网络架构中,汇聚层交换机一般具有高速的上行接口和中速的下行接口,提供汇聚的功能。
例如根据策略进行地址合并、协议过滤、路由服务和认证管理,在网段划分的基础上实现网络隔离,避免问题蔓延和影响到核心层。此外,还需提供接入层虚拟网之间的连通性并控制其对核心层的访问,确保核心层的安全性和稳定性等等。

交换机堆叠技术是什么?

交换机的堆叠架构自20世纪90年代提出,其最大的优势在于简化管理。

这是因为堆叠后的交换机可以被视为一个逻辑实体,具有统一的管理界面,简化了管理和操作。

而在高可用性方面,堆叠系统可以将不同物理交换机的端口进行链路聚合,使得下行链路具备更高的带宽和弹性。堆叠系统在逻辑上虚拟成一台交换机,所以也不需要为避免产生环路而去人为阻塞线路。

此外,可堆叠交换机给中小企业提供了一个成本更低的选择——既有与大型框式设备类似的可扩展性,但又能更灵活地按需付费。但是对比模块化的机框式设备的单一电源,堆叠组中的每个设备都有自己的一套硬件,这便意味着需要多个电源线,对于机房电源的数量是有更高要求的。

交换机之间发送堆叠数据时还存在额外开销,因为一些堆叠协议为帧添加额外的报文头部信息。

这里我们整理总结了交换机堆叠技术主要的优势和劣势以供参考。

优势劣势
网络管理员仅仅需要面对一个统一管理界面厂商锁定。堆叠不是一个标准的协议,不同供应商的可堆叠交换机使用不同的电缆、连接器和软件,不可混用。
部署的灵活性。可堆叠交换机可以与其他可堆叠交换机一起运行,也可以独立运行。有限的扩展性和带宽。但由于堆叠带宽的限制,大多数供应商限制了堆叠组内设备的数量
在一些供应商的架构中,活动连接可以分散在多个设备中,如果堆叠组中的一个成员被移除或发生故障,数据将继续流经其他正常设备。扩展或删除堆叠设备可能会导致服务中断(堆叠分裂);复杂的堆叠技术会给交换机软件增加很多复杂性,多台设备高度关联,一损俱损,软件问题咳导致整个堆叠组的瘫痪
背板交换能力的升级,当汇聚层的交换机转发能力不能满足需求时,可以增加新交换机与原交换机组成堆叠系统来实现,提高了整体的转发能力。物理拓扑结构受限,需要采用专有的电缆,参与堆叠的交换机物理位置限制在了同一个机房甚至一个机柜

如何在汇聚层交换机上的进行堆叠部署

交换机堆叠的配置部署较为复杂,具体以各家厂商提供的配置手册为准。

不过其大致流程可总结如下:

  1. 提前规划好堆叠方案。
  2. 按照前期的规划,连接交换机之间的堆叠线缆。
  3. 完成高优先级交换机的堆叠配置,包括堆叠成员ID、堆叠优先级、堆叠域编号、堆叠端口等。完成后保存配置并重启交换机。
  4. 关闭高优先级交换机的堆叠端口,以避免在配置过程中因为堆叠合并而使得低优先级交换机提前自动重启,导致无法保存配置、堆叠无法建立。
  5. 完成低优先级交换机的堆叠配置,完成后保存配置并重启交换机。
  6. 打开高优先级交换机上被关闭的堆叠端口,使堆叠建立。
  7. 检查堆叠组建是否成功。

新一代园区网络架构中的去堆叠设计

如今星融元已将基于云的开放架构重新引入园区网。基于CLOS的Spine-Leaf架构保留了堆叠式架构的优点,同时也解决了其中的一些缺陷。所以星融元的云化园区网络方案中已经完全抛弃了堆叠方案,转而采用基于L3网络功能例如主机路由,ECMP等来实现类似的能力。

这是一种可靠度更高、扩展性更强、但复杂度约等于零的方案。

在这种方案下,不会有堆叠复杂的组网逻辑、纷繁的设备配置、脆弱的状态同步等机制——整个园区设备组网将如同一台具有成千上万个接入端口的超大型虚拟交换机,实现与堆叠类似的统一运维管理。

一台具有成千上万个接入端口的超大型虚拟交换机

  • 接入终端/服务器并不需要为此方案做出任何调整,依然是通过两条(或多条)的线路、采用通用的Bond技术,上连到不同的接入Leaf;
  • 接入Leaf通过使用ARP学习、32位主机路由、BGP同步等功能,利用L3网络天然的高可靠、多路径能力,达到跟传统堆叠一样的效果;
  • 不涉及复杂的堆叠软件开发,因此系统的稳定性非常高,不会因为复杂的堆叠逻辑引入潜在的Bug;
  • 利用L3网络的ECMP负载分担能力,可以充分利用交换机之间的所有带宽传递报文,网络性能更高。
 堆叠式架构云化园区网络架构
部署1.堆叠电缆连接(或业务口连接+堆叠配置)
2.增强配置(分裂检测,负载均衡模式)
1. Spine层和Leaf层之间使用通用线缆连接
2.配置本机接口和peer信息
高可用性物理设备之间的链路聚合全三层网络,天然避免广播风暴和以太环路;运行BGP和ECMP;使用分布式网关设计
物理拓扑结构限制在一个房间或机柜内没有物理限制
管理堆叠组作为一台逻辑设备Spine-Leaf集群作为一台逻辑设备
软件升级需要堆叠组重启,有业务中断在不中断的情况下单独升级每个设备
扩展需要根据当前堆叠的网络拓扑结构进行设计(链形加入到两端,环形需要拆环)按照标准CLOS架构的扩展
接入可扩展性以48口交换机为例最大堆叠成员数为8
最大8 x 48 = 384个接入端口
[2层CLOS,48口交换机作为Spine]最大48 x 48 = 2304个接入端口
[3层CLOS,64口交换机作为3级CLOS的Spine]最大48 x 48 x 64 = 147456个接入端口

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