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核心交换机和普通交换机有何区别?

2021-10-09 16:23:20 深圳市海誉光通讯技术有限公司 阅读

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提起核心交换机与普通交换机有什么区别?相信很多朋友都有点迷惑,今天我们一起来了解下。

核心交换机并不是交换机的一种类型,而是放在核心层(网络主干部分)的交换机叫核心交换机。

一般大型企业网络和网吧需要购买核心交换机来实现强大的网络扩展能力,以保护原有的投资,电脑达到一定数量才会要用上核心交换机,而基本在50台以下无需用核心交换机,有个路由器即可,所谓的核心交换机是针对网络架构而言,如果是个几台电脑的小局域网,一个8口的小交换机就可以称之为核心交换机。

核心交换机与普通交换机区别

1、端口的区别

普通交换机端口数量一般为24-48个,网口大部分为千兆以太网或者百兆以太网口,主要功能用于接入用户数据或者汇聚一些接入层的交换机数据,这种交换机最多可以配置Vlan简单路由协议和一些简单的SNMP等功能,背板带宽相对较小。

2、连接或访问网络区别

通常将网络中直接面向用户连接或访问网络的部分称为接入层,将位于接入层和核心层之间的部分称为分布层或汇聚层,接入层目的是允许终端用户连接到网络,因此接入层交换机具有低成本和高端口密度特性。

汇聚层交换机是多台接入层交换机的汇聚点,它必须能够处理来自接入层设备的所有通信量,并提供到核心层的上行链路,因此汇聚层交换机具备更高的性能,更少的接口和更高的交换速率。

而网络主干部分则称为核心层,核心层的主要目的在于通过高速转发通信,提供优化、可靠的骨干传输结构,因此核心层交换机应用有更高的可靠性、性能和吞吐量。

核心交换机的优势

特质:大缓存、高容量、虚拟化、FCOE、二层TRILL技术、可扩展性和模块冗余等方面的特征。

1、大缓存技术

数据中心交换机改变了传统交换机的出端口缓存方式,采用分布式缓存构架,缓存比普通交换机也大许多,缓存能力可达1G以上,而一般的交换机只能达到2-4m。对于每端口在万兆全线速条件下达到200ms的突发流量缓存能力,从而在突发流量的情况下,大缓存仍能保证网络转发零丢包,正好适应数据中心服务器量大,突发流量大的特点。

2、高容量设备

数据中心的网络流量具有高密度应用调度、浪涌式突发缓存的特点,而普通交换机以满足互联互通为目的,无法实现对业务精准识别与控制,在大业务情况下无法做到快速响应和零丢包,无法保证业务的连续性,系统的可靠性主要依赖设备的可靠性。

所以普通交换机无法满足数据中心的需要,数据中心交换机需要具备高容量转发特点,数据中心交换机必须支持高密万兆板卡,也就是48口万兆板卡,为使48口万兆板卡具备权限转发,数据中心交换机只能采用CLOS分布式交换架构。

除此之外,随着40G和100G的普及,支持8端口40G板卡和4端口的100G板卡也逐渐商用,数据中心交换机40G、100G的板卡早已出现进入市场,从而满足数据中心高密度应用的需求。

3、虚拟化技术

数据中心的网络设备需要具有高管理性和高安全可靠性的特点,因此数据中心的交换机也需要支持虚拟化,虚拟化就是把物力资源转变为逻辑上可以管理的资源,以打破物理结构之间的壁垒,网络设备的虚拟化包括多虚一,一虚多等技术。

通过虚拟化技术,可以对多台网络设备统一管理,也可以对一台设备上的业务进行完全隔离,从而可以将数据中心管理成本减少40%,将IT利用率提高大约25%。

4、TRILL技术

数据中心在构建二层网络方面,原先的标准是FTP协议,但其固有的缺陷如:STP是通过端口阻止来工作的,所有冗余链路不进行数据转发,造成宽带资源的浪费,STP整网只有一颗生成树,数据报文都要经过根桥中转收才能到达,影响了整网的转发效率。

所以STP将不再适合超大型数据中心的扩展,TRILL正是因为应了STP 的这些缺陷而产生,视为数据中心应用而生的技术,TRILL协议把二层配置和灵活性与三层融合和规模有效结合在一起 ,大二层不需要配置的情况下,就可以实现整网无环路转发。TRILL技术是数据中心交换机二层基本特性,这是普通交换机不具备的。

5、FCOE技术

传统的数据中心往往存在一张数据网和一张存储网络,而新一代的数据中心网络融合趣事越来越明显,FCOE技术的出现使网络融合成为可能,FCOE就是把存储网的数据帧封装在以太网帧内进行转发的技术。实现这一融合技术必然是在数据中心的交换机上,普通交换机一般不具备这些功能。

链路聚合、冗余、堆叠、热备份等这些功能也非常重要,决定了核心交换机在实际应用中的性能、效率、稳定性等。

一、链路聚合

是将两个或更多数据信道结合成一个单个的信道,该信道以一个单个的更高带宽的逻辑链路出现。链路聚合一般用来连接一个或多个带宽需求大的设备,例如连接骨干网络的服务器或服务器群。它可以用于扩展链路带宽,提供更高的连接可靠性。

举例:公司有2层楼,分别运行着不同的业务,本来两个楼层的网络是分开的,但都是一家公司难免会有业务往来,这时我们就可以打通两楼之前的网络,使具有相互联系的部门之间高速通信。如下图:

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如上图所示,SwitchA和SwitchB通过以太链路分别都连接VLAN10和VLAN20的网络,且SwitchA和SwitchB之间有较大的数据流量。

用户希望SwitchA和SwitchB之间能够提供较大的链路带宽来使相同VLAN间互相通信。同时用户也希望能够提供一定的冗余度,保证数据传输和链路的可靠性。

创建Eth-Trunk接口并加入成员接口,实现增加链路带宽,2台交换机分别配置Eth-Trunk1 分别将需要通信的3条线路的端口加入Eth-Trunk1,设置端口trunk, 允许相应的vlan通过;这样两楼的网络就可以正常通信了。

二、链路冗余

为了保持网络的稳定性,在多台交换机组成的网络环境中,通常都使用一些备份连接,以提高网络的效率、稳定性,这里的备份连接也称为备份链路或者冗余链路。

三、交换机的堆叠

通过专有的堆叠电缆连接起来,可将多台交换机堆叠成一台逻辑交换机。该逻辑交换机中的所有交换机共享相同的配置信息和路由信息。当向逻辑交换机增加和减少单体交换机时不会影响其性能。

叠加的交换机之间通过两条环路连接起来。交换机的硬件负责将数据包在双环路上做负载均衡。环路在这里充当了这个大的逻辑交换机的背板的角色,在双环路都正常工作时,数据包在这台逻辑交换机上的传输率为32Gbps。

当一个数据帧需要传输时,交换机的软件会进行计算看哪条环路更可用,然后数据帧会被送到该环路上。如果一条堆叠电缆出故障,故障两端的交换机都会侦测到该故 障,并将受影响的环路断开,而逻辑交换机仍然可以以单环的状态工作,此时的数据包通过率为16Gbps。交换机的堆叠采用菊花链方式,连接的方式参考下图。

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堆叠增加交换机端口与带宽的稳定性。

四、热备份(HSRP)

核心交换机是整个网络的核心和心脏,如果核心交换机发生致命性的故障,将导致本地网络的瘫痪,核心交换机是整个网络的核心和心脏,如果核心交换机发生致命性的故障,将导致本地网络的瘫痪,所造成的损失也是难以估计的。所以我们在选择核心交换机时,经常会看到有的核心交换机具有堆叠或热备份等功能。

对核心交换机采用热备份是提高网络可靠性的必然选择。在一个核心交换机完全不能工作的情况下,它的全部功能便被系统中的另一个备份路由器完全接管,直至出现问题的路由器恢复正常,这就是热备份路由协议。

实现HSRP的条件是系统中有多台核心交换机,它们组成一个“热备份组”,这个组形成一个虚拟路由器。在任意时刻,一个组内只有一个路由器是活动的,并由它来转发数据包,如果活动路由器发生了故障,将选择一个备份路由器来替代活动路由器,但是在本网络内的主机看来,虚拟路由器没有改变。所以主机仍然保持连接,没有受到故障的影响,这样就较好地解决了核心交换机切换的问题。

为了减少网络的数据流量,在设置完活动核心交换机和备份核心交换机之后,只有活动核心交换机和备份核心交换机定时发送HSRP报文。如果活动核心交换机失效,备份核心交换机将接管成为活动核心交换机。如果备份核心交换机失效或者变成了活跃核心交换机,将由另外的核心交换机被选为备份核心交换机。

当某台接入层交换机到主核心交换机的线路出现故障,切换至备机,数据流走向。

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当接入层交换机1上联至核心交换机A的数据链路出现故障,导致接入层交换机1的数据链路切换至核心交换机B,但在切换期间接入层交换机1分丢6个数据包,如上图所示。

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 当服务器与核心交换机A之间主链路出现故障(如线路、网卡等),服务器主网卡切换至备用网卡上时,会丢6个数据包,但当主链路恢复以后,服务器会自动从备用网卡切换至主网卡,而这次切换时数据包不会丢失。

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