基于堆叠技术的局域网应用实践及启示

王涛

人民银行六安市中心支行 237006

摘要：在局域网建设与管理中，级联和堆叠是普遍应用的两种组网形式。堆叠技术较多的用于大型和复杂的局域网网络环境中，而对于如人民银行地市中心支行此类规模较小的局域网环境主要采用的是级联形式组网。近年来，随着信息化建设的不断推进，人民银行地市中心支行局域网规模扩大，在网络扩容需求和节约型组织建设要求影响下，探索采用堆叠技术扩展本地局域网网，可以在不增加网络层级，不增加交换机管理节点，不增加用主干线路的前提下完成局域网扩容工作，具有“易实施、简管理、高可靠”等优点。

关键词：局域网 堆叠 虚拟化

一、应用背景

人行LA中心支行大楼于2007年建设完工并投入使用，建设有一个中心机房和两个楼层交换间，共有4台楼层接入交换机分别部署在4个网络机柜中，为全行约160个终端设备提供网络接入服务。近年来为落实《党政机关办公用房建设标准》文件要求，以及“节能减排、低碳生活”精神号召，LA中心支行对单位各部门办公用房进行了统一调整规划，导致全行业务终端网络接入点集中到其中的两台接入交换机上，出现接入交换机端口不够用的情况，发生局域网接入资源不足问题。

二、网络结构现状

人民银行LA中心支行局域网设计采用的是核心层+接入层的二层网络架构。核心层是由两台华为S7706组成，两台设备上联至核心路由器，下联至各接入层交换机，两台设备之间通过ether-trunk互联。接入层使用的是华为S5700交换机，每台交换机分别通过两条光纤主干上联至两台核心交换机，每台交换机可以提供44个千兆电口与大楼各信息点连接。

三、需求分析及方案选择

针对新的网络环境进行分析，目前人行LA中心支行单台华为S5700接入交换机可提供44个终端设备接入口（4个combo口作为上联端口和预留端口），按照实际需求测算，需要新增一台同样接口数量的交换机才能满足接入需要。由于办公大楼建设较早，中心机房至楼层交换机光纤主干线路数量不足，无法通过新增直连中心机房的接入交换机来满足需求，只能通过扩展现有楼层接入交换机来解决。利用局域网的级联和堆叠技术，可以制定的方案有以下两种：

第一种方案是通过级联形式扩展。新增一台接入交换机，两台交换机通过一根双绞线实现互联，具体示意图如下：

第二种方案是通过堆叠形式扩展。华为S5700支持堆叠功能，通过新增一台同型号的交换机，再通过专用堆叠模块和堆叠线缆实现两台交换机堆叠扩展，具体示意图如下：

对比两种方案，方案一的优点包括：一是改造成本较低，此方案对新增接入交换机没有品牌和性能要求，甚至可以通过接入非网管型二层交换机实现业务需求；二是实施简单，两台交换机之间只需要一根双绞线即可完成级联设置。缺点包括：一是网络线路存在单点故障，两台交换机之间的级联线故障将会导致新增接入交换机上的所有业务终端网络异常；二是存在网络性能瓶颈，新增交换机上的接口访问不同交换机时所有的数据流量均会通过级联端口，当网络访问流量过大并且级联端口无法满足时会出现级联瓶颈。方案二的优点包括：一是没有性能瓶颈，堆叠是两台交换机背板层面的互联互通，从而实现交换系统带宽的扩展，以此来保证各接入端口在堆叠后仍然具有线性速率；二是设备结构清晰，两台交换机通过专门的堆叠模块进行互联，并不占用网络接口，外观上可以看做单纯的接口扩展；三是简化网络运维管理，堆叠后的两台交换机仍然使用同一个IP地址，逻辑上成为一台接入交换机。缺点包括：一是对设备要求较高，新增设备必须与原接入交换机保持一致；二是与级联模式组网相比较，堆叠模式的配置安装相对复杂。

通过对比分析，堆叠模式的简洁性和可用性更加符合人行LA中心支行的网络管理需要，最终采用了堆叠模式实现了接入交换机的扩展。

三、应用效果

1. 平滑扩容，保持网络架构前后一致。在不增加网络层级的情况下实现了接入层端口的按需扩容，原来的楼层接入交换机与新增交换机在逻辑上成为一台设备，保持了原局域网的核心层至接入层的二层局域网网络架构。

2. 简化管理，促进网络运维水平提升。堆叠形式对原有网络配置不做变更，堆叠设备之间共用同一个管理IP,对于网络管员来说，如同在原接入交换机上新增一块交换板卡。网络管理工作量对比上，采用堆叠形式比级联形式在楼层接入设备的的管理工作量要至少减少百分之五十。

3. 主备机制，实现网络接入高可靠。堆叠技术下，两台交换机互为备份，其中一台作为主交换机，另一台为备用设备，正常情况下只要主交换机负责处理所有数据交换，当主交换机出现故障后，备用交换机会自动接管所有业务。这与核心交换机的主备业务版的互备性能一致，是对局域网重要设备之间互备的一次延伸和扩展，实现了网络接入层的高可靠。

四、启示及建议

在人行地市级中心支行局域网或其他一些小型局域网场景下，通过在接入层应用堆叠技术，不仅起到了优化网络结构和简化日常网络管理工作的作用，同时堆叠技术的主备机制也弥补了以前在接入层的性能冗余和高可靠性方面的不足。与级联型网络接入层相比，堆叠的技术实现过程更为复杂，因此网络管理员在堆叠实施和日常管理堆叠网络过程中，还要注意一下几点：

1. 要做好堆叠设备的端口号设置工作。两台交换机实现堆叠的前提是他们的品牌型号必须一致，相应的端口编号也是一致的。当堆叠完成后，所有交换机之间会通过互相协商一个临时编号规则为堆叠系统中的所有端口进行编号，但是当整个堆叠系统重启后，这种端口编号协商规则可能会导致端口号编号，造成部分接入设备网络连接故障。所以，在进行堆叠设置时，要对不同交换机上的端口进行编号固定操作，避免后期出现端口编号漂移情况。

2. 注重相关文档资料的管理。与较为普遍的级联型不同，堆叠型的实现技术和要求更加复杂，做好堆叠实施文档的整理和归档工作，及时总结堆叠网络运维经验，建立网络维护知识库，是做好日常网络管理的重要保障。

3. 重视接入层网络的切换演练。堆叠型与级联型在应急处置的操作步骤上存在较大差异，例如级联型替换设备时需要将原设备配置恢复到新设备上，而堆叠型则不需要这个操作步骤。网络管理员要定时开展堆叠型接入网络的切换演练，熟悉各项操作流程，提高新型网络结构下的网络应急处置能力。

参考文献

1. 李敏,李斌,杨叶梅.一种网络设备虚拟化堆叠技术的研究与实现[J]. 福建电脑. 2018(01):89-91

2. 高传善,毛迪林编.数据通信与计算机网络[M]. 北京:高等教育出版社 , 2003

3. 祝陈,陈新来,蒋朝阳.浅谈交换机的级联与堆叠的不同应用[J].数字技术与应用. 2010(05):93