9 交换机堆叠与集群

type

status

date

slug

summary

1.什么是堆叠和集群，二者有什么区别？

堆叠（iStack）

定义：将多台支持堆叠特性的交换机通过堆叠线缆连接在一起，从逻辑上虚拟成一台交换设备，作为一个整体参与数据转发。

应用场景：一般用于盒式设备的接入和汇聚层。

特点：

通过使用堆叠技术，多个物理交换机虚拟为一台逻辑交换机。
增强了设备的管理简便性和资源利用率。
提供高可靠性，链路利用率提升。

集群（Cluster Switch System, CSS）

定义：将两台支持集群特性的交换机设备组合在一起，从逻辑上虚拟成一台交换设备。

应用场景：一般用于高端框式交换机的汇聚和核心层。

特点：

集群仅支持两台设备。
提供高可靠性和资源利用率。
集群系统在逻辑上表现为一台设备，便于统一管理。

💡

二者的区别

设备数量：

堆叠：可以支持多台设备。

集群：仅支持两台设备。

适用设备类型：

堆叠：通常应用于盒式交换机。

集群：一般应用于高端框式交换机。

技术实现：

堆叠：通过堆叠线缆将交换机连接在一起，形成一个逻辑交换机。

集群：通过CSS链路将两台交换机连接在一起，形成一个逻辑交换机。

应用层级：

堆叠：主要用于接入层和汇聚层的设备。

集群：主要用于汇聚层和核心层的设备。

2.堆叠和集群的优势有哪些？

💡

堆叠和集群的优势

提高资源利用率和转发性能

多台物理设备虚拟成一台逻辑设备，提升设备和链路利用率。

链路聚合提高带宽，实现更高的转发性能。

简化网络管理和规划

使用链路聚合，无需部署生成树协议（STP）和虚拟路由冗余协议（VRRP），降低网络规划和配置复杂度。

只需管理虚拟化后的逻辑设备，简化设备管理。

提高可靠性和故障恢复能力

设备或链路故障时，通过链路聚合负载分担到其他链路，快速恢复，业务几乎无中断。

故障切换时间为毫秒级，确保高可靠性。

💡

示例比较

使用STP组网：设备和链路利用率低，配置复杂，故障切换时间为数秒。

使用堆叠和集群技术：设备和链路利用率高，配置简单，故障切换时间为毫秒级。

3.堆叠和集群交换机的角色分别有哪些？

💡

堆叠交换机的角色

主交换机（Master）

负责管理整个堆叠系统。

堆叠系统中只有一台主交换机。

备交换机（Standby）

主交换机的备份，当主交换机故障时接替其所有业务。

堆叠系统中只有一台备交换机。

从交换机（Slave）

用于业务转发，堆叠系统中可以有多台从交换机。

从交换机数量越多，堆叠系统的转发带宽越大。

当备交换机不可用时，从交换机可以承担备交换机的角色。

💡

集群交换机的角色

主交换机（Master）

负责管理整个集群系统。

集群系统的控制平面由主交换机的主用主控板管理。

备交换机（Standby）

主交换机的备份，当主交换机故障时接替其管理角色。

集群系统的控制平面由备交换机的主用主控板作为备用控制平面。

4.堆叠系统如何组建？各角色都如何进行选举？

堆叠系统的组建过程

物理连接

选择适当的连接方式和连接拓扑，使用堆叠线缆将交换机物理连接在一起。

主交换机选举

成员交换机之间相互发送堆叠竞争报文，并根据选举原则选出主交换机。

拓扑收集和备交换机选举

主交换机收集所有成员交换机的拓扑信息，向成员交换机分配堆叠ID，选出备交换机。

软件和配置同步

主交换机将堆叠系统的拓扑信息同步给所有成员交换机，成员交换机同步主交换机的系统软件和配置文件，然后进入稳定运行状态。

角色的选举流程如下：

主交换机（Master）选举：

启动时间：如果所有交换机的启动时间差异超过20秒，启动时间最早的交换机将被选为主交换机。

堆叠优先级：如果启动时间差异在20秒以内，则启动时间视为相同，优先比较堆叠优先级，优先级高的交换机将被选为主交换机。

MAC地址：如果优先级也相同，则比较交换机的MAC地址，MAC地址较小的设备将被选为主交换机。

备交换机（Standby）选举：

主交换机选举完成后，会根据相同的原则选举备交换机。堆叠优先级最高的交换机将成为备交换机。如果优先级相同，则MAC地址较小的交换机将被选为备交换机。

从交换机（Slave）：

除主交换机和备交换机外，堆叠系统中的其他交换机自动成为从交换机，负责数据转发，不参与管理功能。

整个选举过程是自动进行的，用户可以通过配置堆叠优先级和其他参数来影响选举结果

总结

主交换机选举：在堆叠系统启动时，首先比较启动完成时间，在20秒内启动完成的设备优先。如果启动时间超过20秒，则按堆叠优先级和MAC地址进行选举。

备交换机选举：主交换机选举完成后，启动完成时间最早且在20秒内的设备优先被选为备交换机。如果启动时间超过20秒，则按堆叠优先级和MAC地址进行选举。

5.堆叠加入和合并时角色如何进行选举？

堆叠加入时角色选举

堆叠加入是指向已经稳定运行的堆叠系统添加一台新的交换机。以下是角色选举的流程：

物理连接和上电：将未上电的新交换机通过堆叠线缆连接到现有堆叠系统中，然后上电启动。

新交换机加入为从交换机：

新加入的交换机默认选举为从交换机，不会影响现有的主交换机和备交换机的角色。

主交换机会更新堆叠拓扑信息，并将这些信息同步到所有成员交换机上。

堆叠ID分配：

主交换机根据现有的堆叠ID情况，为新加入的交换机分配一个唯一的堆叠ID。

软件和配置同步：

新加入的交换机同步主交换机的配置文件和系统软件，完成后进入稳定运行状态。

堆叠合并时角色选举

堆叠合并是指将两个稳定运行的堆叠系统合并成一个新的堆叠系统。以下是角色选举的流程：

物理连接：

将两个堆叠系统通过堆叠线缆连接在一起。

竞选主交换机：

两个堆叠系统会进行主交换机的竞选。竞选规则与单个堆叠系统的主交换机选举规则相同：

启动完成时间：首先比较启动完成时间，启动完成时间早的交换机优先。

堆叠优先级：启动完成时间相同时，优先级高的交换机优先。

MAC地址：优先级相同时，MAC地址较小的交换机优先。

竞选失败的系统重新启动：

竞选失败的堆叠系统所有成员交换机会重新启动，并作为从交换机加入到新的堆叠系统中。

备交换机选举：

新的主交换机会在所有成员交换机中选举备交换机，选举规则与正常备交换机选举规则相同。

软件和配置同步：

新的主交换机会收集和同步所有成员交换机的拓扑信息、配置文件和系统软件，完成合并过程。

总结

堆叠加入：新加入的交换机默认成为从交换机，不改变现有的主交换机和备交换机的角色。主交换机会分配堆叠ID，并同步配置和软件。

堆叠合并：两个堆叠系统合并时，会重新竞选主交换机。竞选失败的一方重新启动并加入新的堆叠系统。新的主交换机会重新选举备交换机，并同步所有成员交换机的配置和软件。

6.堆叠分裂会引发什么问题，如何进行解决？

💡

堆叠分裂引发的问题

IP地址和MAC地址冲突：分裂后可能出现多个堆叠系统拥有相同的IP和MAC地址，导致网络故障。

网络环路和混乱：分裂后可能引发网络拓扑变化，产生环路，影响网络稳定性。

解决方法

多主检测（MAD）

直连检测：

机制：堆叠成员交换机间通过普通线缆直连进行检测。

方法：通过中间设备直连或Full-mesh全连接检测堆叠分裂。

代理检测：

机制：在Eth-Trunk上启用代理检测，使用代理设备进行MAD检测。

方法：所有成员交换机与代理设备连接，Eth-Trunk接口运行MAD代理检测。

MAD冲突处理

Detect状态：竞争成功，堆叠系统正常工作。

Recovery状态：竞争失败，关闭除保留端口外的所有物理端口。

MAD竞争原则

启动时间：启动完成时间早的堆叠系统成为Detect状态。

堆叠优先级：启动时间相同时，优先级高的系统成为Detect状态。

MAC地址：优先级相同时，MAC地址小的系统成为Detect状态。

总结

问题：IP地址和MAC地址冲突，网络环路和混乱。

解决方法：使用MAD技术（直连检测和代理检测）来检测和解决堆叠分裂问题，通过MAD冲突处理机制确保网络正常运行

7.MAD的检测方式有几种，区别是什么？

1. 直连检测

检测方式：

堆叠成员交换机间通过普通线缆直连的专用链路进行检测。

工作机制：

堆叠系统正常运行时不发送MAD报文。

堆叠系统分裂后，分裂后的两台交换机以1秒为周期通过检测链路发送MAD报文进行多主冲突处理。

连接方式：

通过中间设备直连：所有堆叠设备通过普通线缆与中间交换机直连。

Full-mesh方式直连：堆叠系统的各成员交换机之间通过检测链路建立Full-mesh全连接，即每两台成员交换机之间至少有一条检测链路。

2. 代理检测

检测方式：

在堆叠系统的Eth-Trunk上启用代理检测功能，由代理设备进行检测。

工作机制：

在代理设备上启用MAD检测功能。

堆叠系统中的所有成员交换机与代理设备连接，并将这些链路加入同一个Eth-Trunk内。

连接方式：

不占用额外的接口，Eth-Trunk接口可同时运行MAD代理检测和其他业务。

区别总结
连接方式：
直连检测：通过普通线缆直接连接堆叠成员交换机。
代理检测：通过Eth-Trunk连接代理设备，利用代理设备进行检测。
资源占用：
直连检测：需要额外的检测链路进行直接连接。
代理检测：无需额外的接口，利用现有的Eth-Trunk进行检测。
应用场景：
直连检测：适用于所有堆叠设备能够直接互连的场景。
代理检测：适用于需要通过中间代理设备进行检测的场景。

总结

直连检测：堆叠成员交换机通过普通线缆直接连接进行检测，适用于Full-mesh连接或通过中间设备直连的场景。

代理检测：通过Eth-Trunk连接代理设备进行检测，无需额外接口，适用于利用现有链路进行检测的场景

8.CSS2与传统的CSS区别是什么？

简洁：

物理连接方式：

传统CSS：使用主控板上的集群卡或业务口建立连接。

CSS2：使用交换网板上的集群卡建立连接。

流量转发和可靠性：

传统CSS：流量需经过主控板，主控板故障会影响转发。

CSS2：采用转控分离构架，流量无需经过主控板，具备“1+N备份”，主控板故障不影响转发。

构架特点：

传统CSS：依赖主控板，主控板集群卡连接或业务口连接。

CSS2：转控分离，单框主控板故障不影响整体流量转发。

总结

传统CSS：依赖主控板，连接方式单一，主控板故障影响大。

CSS2：转控分离，连接方式优化，提升系统可靠性和转发效率

精细：

1. 物理连接方式

传统CSS：

使用主控板上的集群卡或业务口建立集群连接。
框内接口板之间流量、跨框流量必须经过主控板。

CSS2：

使用交换网板上的集群卡建立集群连接。
采用转控分离的构架，单框内接口板之间流量、跨框流量无需经过主控板。

2. 流量转发和可靠性

传统CSS：

单框上没有正常工作的主控板时，流量无法从一个接口板转发到另一个接口板，也无法跨框转发到另一个框。

CSS2：

支持“集群主控1+N备份”，即任意一个框内存在一个主控板运行正常时，集群的两个框内交换机上的接口板都可以正常转发报文。

3. 构架特点

传统CSS：

集群系统依赖主控板进行数据转发和管理。
主控板集群卡连接方式和业务口连接方式。

CSS2：

转控分离构架，流量转发不依赖主控板。
集群系统内单台框无能够正常工作的主控板不影响该框的流量转发。

总结

传统CSS：依赖主控板进行流量转发和管理，使用主控板或业务口进行集群连接，单框主控板故障会影响流量转发。

CSS2：采用转控分离构架，使用交换网板上的集群卡进行集群连接，具备“集群主控1+N备份”特性，单框主控板故障不影响流量转发。

CSS2的设计提升了系统的可靠性和转发效率，使得集群系统在部分主控板故障时依然能够正常运行

什么是堆叠，什么是集群，适用于什么场景

"堆叠"与"集群"是两种常用于网络设备（如交换机）的虚拟化技术，主要用于提升网络可靠性、简化管理和提高资源利用率。以下是它们的定义和适用场景：

堆叠 (Stacking)：

定义：堆叠是一种将多台支持堆叠功能的交换机通过堆叠线缆连接，并在逻辑上虚拟为一台交换设备。这台虚拟设备以整体形式参与数据转发和管理。堆叠技术通常应用于盒式交换机。

适用场景：堆叠多用于接入层和汇聚层的交换机，用于构建高可靠、易管理的网络。当需要扩展网络容量、提高带宽或者简化管理时，堆叠是一种有效的方案。通过堆叠，可以避免部署复杂的冗余协议如STP（生成树协议），提高链路利用率。

集群 (Cluster Switch System, CSS)：

定义：集群是将两台支持集群特性的交换机组合成一个逻辑设备，通常用于框式交换机。虽然与堆叠技术原理相似，但集群技术多用于高端交换机，且仅支持两台设备的虚拟化。

适用场景：集群技术一般用于网络的汇聚层或核心层，适合对高性能、高可靠性有极高需求的场景。集群的特点是通过链路聚合技术实现高效流量转发和设备冗余，以确保设备或链路出现故障时，网络仍能稳定运行。

总结：

堆叠适用于多台接入和汇聚交换机的组合，适合大规模、扩展性好的网络环境。

集群则更适用于核心网络设备的高性能、高可靠性需求。

补充

做堆叠和集群的交换机最好是同一厂商、同一型号、同一版本的。

启动时间超过20s，谁快谁是主，少于20s，比较优先级，优先级值高的为主

堆叠背景：

为了提高网络可靠性

实现链路冗余、设备冗余、负载分担

故障恢复时间快，无感知

管理配置简单方便

所有设备均可转发业务流量

堆叠 istack 盒式交换机上配置，可以多台堆叠在一组

集群 css 框式交换机上配置，只能两台仪器集群

堆叠：

一个堆叠组内的所有设备均称为成员交换机

组内角色：

主

备

从

均可转发业务流量

堆叠ID

主交换机分配，从0开始，如果有新加入堆叠组的交换机，从0开始依次找空余的给其分配

stack-port n/1 stack-port n/2 逻辑堆叠接口

一台交换机内只能有两个，一个1一个2、

连接时堆叠接口交叉相连

堆叠系统组建：

1 所有堆叠交换机合理连接

2 开机后选择主交换机（先看开机时间，再比优先级【谁大谁优先】，默认100，范围1-255，再比mac地址【谁小谁优先】）

3 主交换机收集拓扑信息等，分配堆叠id，选备交换机

4 主交换机同步软件、配置给其余

🧑‍💻9 交换机堆叠与集群