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圖解Cisco交換機(jī)堆疊與HSRP之間的區(qū)別

隨著Internet的日益普及，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴性也越來(lái)越強(qiáng)。這同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性提出了更高的要求，人們自然想到了基于設(shè)備的備份結(jié)構(gòu)，就像在服務(wù)器中為提高數(shù)據(jù)的安全性而采用雙硬盤結(jié)構(gòu)一樣。核心交換機(jī)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心和心臟，如果核心交換機(jī)發(fā)生致命性的故障，將導(dǎo)致本地網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，所造成的損失也是難以估計(jì)的。

而目前對(duì)于業(yè)界的所有三層交換機(jī)均采用熱備份路由協(xié)議（VRRP），而Cisco一般采用自己的私有協(xié)議熱備份路由協(xié)議（HSRP），但是對(duì)于Cisco Catalyst 3750系列交換機(jī)一般采用堆疊的方式，通過(guò)自帶的堆疊線將多臺(tái)交換機(jī)堆疊在一起形成一個(gè)邏輯交換機(jī)。

那么下面先來(lái)看看堆疊與HSRP（熱備份路由協(xié)議）的介紹。

堆疊

目前Cisco越來(lái)越多的產(chǎn)品支持堆疊了，目前支持堆疊型號(hào)有Cisco Catalyst 3750系列，而現(xiàn)在2960S以及3560X與3750X都支持，但是對(duì)于這些新型號(hào)要使用堆疊功能就必須使用專用的堆疊模塊，而Cisco Catalyst 3750系列在包裝箱中默認(rèn)送了一根0.5的堆疊線，3750交換機(jī)相互之間通過(guò)思科專有的堆疊電纜連接起來(lái)，可將多達(dá)9臺(tái)交換機(jī)堆疊成一臺(tái)邏輯交換機(jī)。該邏輯交換機(jī)中的所有交換機(jī)共享相同的配置信息和路由信息。當(dāng)向邏輯交換機(jī)增加和減少單體交換機(jī)時(shí)不會(huì)影響其性能。

疊加的交換機(jī)之間通過(guò)兩條環(huán)路連接起來(lái)。交換機(jī)的硬件負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包在雙環(huán)路上做負(fù)載均衡。環(huán)路在這里充當(dāng)了這個(gè)大的邏輯交換機(jī)的背板的角色，在雙環(huán)路都正常工作時(shí)，數(shù)據(jù)包在這臺(tái)邏輯交換機(jī)上的傳輸率為32Gbps。

當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀需要傳輸時(shí)，交換機(jī)的軟件會(huì)進(jìn)行計(jì)算看哪條環(huán)路更可用，然后數(shù)據(jù)幀會(huì)被送到該環(huán)路上。如果一條堆疊電纜出故障，故障兩端的交換機(jī)都會(huì)偵測(cè)到該故 障，并將受影響的環(huán)路斷開(kāi)，而邏輯交換機(jī)仍然可以以單環(huán)的狀態(tài)工作，此時(shí)的數(shù)據(jù)包通過(guò)率為16Gbps。交換機(jī)的堆疊采用菊花鏈方式，連接的方式參考下圖。

當(dāng)若干臺(tái)交換機(jī)堆疊后，會(huì)有一臺(tái)交換機(jī)負(fù)責(zé)管理功能，稱其為主交換機(jī)(master switch)，主交換機(jī)會(huì)向其它交換機(jī)自動(dòng)更新配置文件，路由信息，堆疊信息。而主交換機(jī)采用的是1:N的冗余備份方式，堆疊中的所有交換機(jī)在主交換機(jī) 出問(wèn)題時(shí)都可以成為主交換機(jī)并取而代之。

主交換機(jī)負(fù)責(zé)下載CAM轉(zhuǎn)發(fā)表到各個(gè)交換機(jī)，3層交換機(jī)的路由信息也由主交換機(jī)負(fù)責(zé)維護(hù)與分發(fā)。其它一些QoS特性或訪問(wèn)控制列表的操作也是由主交換機(jī)告 訴其它交換機(jī)如何控制。當(dāng)有新的交換機(jī)加入或現(xiàn)有的交換機(jī)移走，主交換機(jī)會(huì)送出一個(gè)通知，其它交換機(jī)會(huì)隨之更新自己的堆疊信息。

環(huán)上的每臺(tái)交換機(jī)都會(huì)有一個(gè)MAC地址表保存自己本地的MAC地址信息，還會(huì)有一個(gè)MAC表維護(hù)其它交換機(jī)的MAC地址信息。MAC地址表是由主交換機(jī)負(fù)責(zé)更新的。

另外，堆疊交換機(jī)處理數(shù)據(jù)包的方式非常有效，每個(gè)數(shù)據(jù)包有一個(gè)24字節(jié)的頭信息，其中包括包的目的地信息(該信息是在堆疊交換機(jī)中使用的，是由主交換機(jī)給出的)和QoS指示器。

HSRP

對(duì)核心交換機(jī)采用熱備份是提高網(wǎng)絡(luò)可靠性的必然選擇。在一個(gè)核心交換機(jī)完全不能工作的情況下，它的全部功能便被系統(tǒng)中的另一個(gè)備份路由器完全接管，直至出現(xiàn)問(wèn)題的路由器恢復(fù)正常，這就是熱備份路由協(xié)議（HotStandbyRouterProtocol）。

實(shí)現(xiàn)HSRP的條件是系統(tǒng)中有多臺(tái)核心交換機(jī)，它們組成一個(gè)“熱備份組”，這個(gè)組形成一個(gè)虛擬路由器。在任意時(shí)刻，一個(gè)組內(nèi)只有一個(gè)路由器是活動(dòng)的，并由它來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，如果活動(dòng)路由器發(fā)生了故障，將選擇一個(gè)備份路由器來(lái)替代活動(dòng)路由器，但是在本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機(jī)看來(lái)，虛擬路由器沒(méi)有改變。所以主機(jī)仍然保持連接，沒(méi)有受到故障的影響，這樣就較好地解決了核心交換機(jī)切換的問(wèn)題。

為了減少網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量，在設(shè)置完活動(dòng)核心交換機(jī)和備份核心交換機(jī)之后，只有活動(dòng)核心交換機(jī)和備份核心交換機(jī)定時(shí)發(fā)送HSRP報(bào)文。如果活動(dòng)核心交換機(jī)失效，備份核心交換機(jī)將接管成為活動(dòng)核心交換機(jī)。如果備份核心交換機(jī)失效或者變成了活躍核心交換機(jī)，將由另外的核心交換機(jī)被選為備份核心交換機(jī)。

在上面已經(jīng)了解了各自的區(qū)別了，下面圖解HSRP與堆疊故障切換與數(shù)據(jù)流的走向。

熱備份路由協(xié)議（HSRP）故障切換與數(shù)據(jù)流走向

HSRP正常情況下，數(shù)據(jù)流量走向

（通過(guò)上圖可以得知）正常情況下，終端1去訪問(wèn)應(yīng)用服務(wù)器時(shí)，首先經(jīng)過(guò)接入層交換機(jī)1再到過(guò)核心交換機(jī)A，通過(guò)核心交換機(jī)A到過(guò)應(yīng)用服務(wù)器，而完成數(shù)據(jù)的交換。

當(dāng)某臺(tái)接入層交換機(jī)到主核心交換機(jī)的線路出現(xiàn)故障，切換至備機(jī)，數(shù)據(jù)流走向

當(dāng)接入層交換機(jī)1上聯(lián)至核心交換機(jī)A的數(shù)據(jù)鏈路出現(xiàn)故障，導(dǎo)致接入層交換機(jī)1的數(shù)據(jù)鏈路切換至核心交換機(jī)B，但在切換期間接入層交換機(jī)1分丟6個(gè)數(shù)據(jù)包，如上圖所示。

服務(wù)器鏈路出現(xiàn)故障

當(dāng)服務(wù)器與核心交換機(jī)A之間主鏈路出現(xiàn)故障（如線路、網(wǎng)卡等），服務(wù)器主網(wǎng)卡切換至備用網(wǎng)卡上時(shí)，會(huì)丟6個(gè)數(shù)據(jù)包，但當(dāng)主鏈路恢復(fù)以后，服務(wù)器會(huì)自動(dòng)從備用網(wǎng)卡切換至主網(wǎng)卡，而這次切換時(shí)數(shù)據(jù)包不會(huì)丟失。具體終端訪問(wèn)服務(wù)器的數(shù)據(jù)流走向如上圖。

主交換機(jī)出現(xiàn)故障

當(dāng)核心交換機(jī)A出現(xiàn)故障以后，接入層交換機(jī)、服務(wù)器等均會(huì)從主鏈路切換至備用鏈路，但是在切換期間都會(huì)丟6個(gè)數(shù)據(jù)包。

以上則是熱備份路由協(xié)議（HSRP）在鏈路或者設(shè)備出現(xiàn)故障以后，在切換期間的一些表現(xiàn)。

堆疊故障切換與數(shù)據(jù)流走向

堆疊要求：

IOS版本要一致、專用的堆疊模塊和堆疊線纜、最大堆疊個(gè)數(shù)9臺(tái)

堆疊的好處：

高密度端口、便于管理（配置時(shí)顯示的是一臺(tái)交換機(jī)，而其他交換機(jī)的端口則以slot號(hào)顯示）

避免STP（生成樹(shù)協(xié)議）

注意：

1、堆疊最好成環(huán)，否則只有一半的帶寬（16G）。

2、最好把你想作為master的交換機(jī)的Priority指為最高15，默認(rèn)為1，最大為15，值越大越優(yōu)先。

堆疊后正常情況下，數(shù)據(jù)流量走向

在使用Cisco Catalyst 3750系列交換機(jī)做堆疊時(shí)，將兩臺(tái)或多臺(tái)Cisco Catalyst 3750系列交換機(jī)堆疊以后，會(huì)形成一臺(tái)邏輯交換機(jī)。該邏輯交換機(jī)中的所有交換機(jī)共享相同的配置信息和路由信息。當(dāng)向邏輯交換機(jī)增加和減少單體交換機(jī)時(shí)不會(huì)影響其性能。

在核心交換機(jī)與接入層交換機(jī)以及服務(wù)器之間，通過(guò)兩條鏈路互聯(lián)，在核心交換機(jī)與接入層交換機(jī)上將對(duì)應(yīng)的端口做端口捆綁，而這樣在鏈路上可以達(dá)到雙倍的效果，還可以避免STP（生成樹(shù)）帶來(lái)的問(wèn)題。

接入層上行鏈路故障

當(dāng)接入層以交換機(jī)1的某條上行鏈路出現(xiàn)故障，而對(duì)于該終端1訪問(wèn)應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)不會(huì)終端，而只是在該鏈路的帶寬下降一半而已。

服務(wù)器鏈路出現(xiàn)故障

當(dāng)服務(wù)器與核心交換機(jī)之間某條鏈路出現(xiàn)故障，也不會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器丟包情況出現(xiàn)。

單臺(tái)核心交換機(jī)出現(xiàn)故障

由于接入層交換機(jī)與應(yīng)用服務(wù)器均采用雙鏈路方式與核心交換機(jī)互聯(lián)，所以當(dāng)其中一臺(tái)核心交換機(jī)出現(xiàn)故障，也不會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造成丟包情況。

相信通過(guò)上面幾張圖大家應(yīng)該理解了兩種應(yīng)用的各自區(qū)別了吧！