交换机集群技术在企业网的应用

　　网络管理可以保证企业网正常运转，在规模稍大的企业网中，都需要实现网络管理的功能。一般网络管理是通过软件实现的。许多交换机本身也具有一定的网络管理的功能。不少企业还配备了网络管理人员。现在由于设备的可靠性比较高，所以发生故障的概率比较小，但是，网络管理员依然十分忙碌，特别是在更新设备或升级时。为了便于网络管理，出现了一些新的技术，交换机集群就是其中之一，它非常适合中小规模的企业网。

　　一、问题的提出

　　现在的网络管理是一项重复性强并且花费时间很长的工作。网络管理人员一般需要同时完成对计算机局域网交换机的配置、监视和更新。这种密集的劳动对于企业根据不断变化的需求进行快速开发或更新网络配置是不利的。

　　令人高兴的是，这种让网络管理人员配置和更新每一台交换机的做法就要改变了，因为这种费时费力的方法阻碍了企业网络的发展，引起了业界的重视，所以，出现了一些新的技术，改变了这种情况。例如，1996年开始出现的第一代堆叠式交换机，可以让网络管理员通过一个控制台就可以把多台交换机作为一个逻辑组来管理，并解决了系统的可伸缩性问题。当然，第一代堆叠式交换机也有一些不足，首先是对于联在一个配线柜的多台交换机的管理就十分有限; 其次，为了获得堆叠管理的好处，用户必须对现有的交换机进行升级，因为堆叠式交换机需要专用的端口和线缆; 最后，大多数堆叠式交换机缺少通用的、易于使用的管理接口。

　　为了扩大对交换机堆叠的网络管理能力，Cisco系统公司推出了交换机集群（Switch Clustering）的创新技术。这一技术增强了大中型企业网的管理能力，在不增加任何资源或改变线有交换机设备的条件下，就可以跨越多个配线柜和多种局域网传输介质，对企业网进行扩展和更新。

　　应用Cisco的交换机集群技术可以消除配线柜的地理界限。该技术增加了基于Web的管理软件，因此不需要学习复杂的管理命令，还可以管理不同类型的网络和设备。采用这项技术和现有的Cisco工作组级交换机是兼容的，因为集群功能是通过软件实现的，不需要专门的硬件端口。

　　二、交换机集群的优势

　　交换机集群的发展来源于对网络管理新的、动态的需求。通过采用集群技术，网络管理员就可以在局域网的管理方面获得以下优势。

　　1．安装新交换机时昂贵的资源需求

　　在引入堆叠式交换机技术概念之前，每台交换机都有自己的IP地址。这意味着网络管理人员在安装和配置每台交换机时，都必须把它作为单独的实体。一般的做法是，网络管理人员走到配线柜前，登录一个管理控制端口。然后，设置IP地址和默认的网关，并为每台设备设置一个口令。因此，在过去的局域网中，有多少台交换机就需要有多少个IP地址。而IP地址是非常宝贵的资源。

　　第一代堆叠式交换机在安装和配置交换机时，通过对每个交换机堆叠实施上述步骤就行了，不再需要对每台交换机付出许多操作。可是，一个堆叠所容许的交换机的数量是有限的，通常为4台或8台。如果用户的业务发展了，需要安装的交换机超出了这个范围，那么就又会出现管理问题。此外，由于堆叠式交换机端口和线缆的限制，第一代堆叠到配线间的距离也是有限制的。

　　在交换机集群管理模式下，各种 Cisco的桌面交换机都可作为一个集群来管理，只需要一个IP地址，而且这个集群不受配线柜距离的限制，同时域局域网的传输介质无关。在交换机集群中，把其中一台交换机作为主交换机，它可以自动发现和管理其余的交换机，不管这些机器安装在什么位置，见图1。

　　当前，Cisco公司的Catalyst 3500 XL系列交换机、Catalyst 2900 XL系列交换机和Catalyst 1900系列交换机都可以加入交换机集群。所有用户可以免费更新交换集中的软件。Cisco交换机集群还将进一步扩大平台。

　　2．节约大量监视和故障排除所用的时间

　　如果一个用户无法联网，那么网络管理人员一般需要用相当长的时间找出该用户所连接的交换机端口，以便发现故障的原因。这样，网络管理人员需要到配线柜前检查，或者对每台交换机创建一个Telnet会话来测试，从而检查每台设备的状态，并且隔离了有问题的端口。网络的规模越大，完成这些操作就越费时间。

　　交换机集群可以部分地解决这个问题。Cisco交换机集群技术允许网络管理人员在一个交换机集群中对750个以上的交换机端口进行远程管理和故障排除。通过使用Cisco集群管理套件（Cisco Cluster Management Suite，CMS），网络管理人员可以通过Web接口检查交换机集群中的所有端口。这些端口的状态指示灯LED可以用图形表示出来，这样网络管理人员就如同在所有交换机的面板前面观察它们的工作情况。当有端口出现问题时，LED变为红色，在显示器上的图形也有同样的变化，有些问题管理人员通过CMS就可以进行处理。

　　3．快速方便的软件升级

　　对于传统的设备管理方式，升级交换机的软件需要做数小时的重复性工作，必须分别给每台交换机下载要升级的软件。

　　交换机集群使得软件升级变得非常容易。只要把一台个人电脑联到企业网上，运行提供Web界面的CMS，就可以实现对所有局域网内交换机的远程升级。每个Cisco交换机集群可以支持多达16台交换机。一旦把一台新的交换机联到已有的集群，可以不进行本地配置。使用了这样的交换机集群后，网络管理工作只有原来的1/16，因为所有的16台交换机共同在一个IP地址下集中管理，不再需要分别处理。对16台交换机的升级一次即可完成，而以前需要16次。

　　4．简化交换机的增加或移去

　　如果不是用交换机集群技术，在向网络添加或移去交换机时，网络管理人员必须来到每个配线柜前，通过管理控制台登录，为所添加或移去的交换机设置IP地址、默认网关和口令。交换能够自动发现任何新接入的交换机。在交换机集群管理系统的提示下，网络管理人员通过点击鼠标就可以对新接入的交换机进行配置，完成添加工作，使其成为集群的新成员。

　　5．保护原有投资

　　对于第一代堆叠式交换机，为了获得方便的管理功能，用户一般必须用新一代可堆叠交换机取代原有的交换机，以便支持专有的堆叠端口。这显然是一种既昂贵又费时的方式。

　　交换机集群减少了硬件升级。为了得到集群管理的好处，只需要对现有的Cisco Catalyst桌面交换机做简单的软件修改。

　　三、校园网应用环境

　　交换机集群具有比较广泛的应用，比较的典型应用之一是校园网。校园网的特点IT资源有限，并且一般是由管理人员实现集中管理。对于这样的应用环境，利用交换机集群的自动化特性，便可以跨越配线柜的限制，这是交换机集群的最大优势。因为在校园网环境下，网络管理人员往往很少，有时只有一个人，而他的职责范围却很广，包括从交换机的最初配置到对多座建筑及其多个楼层的远程故障排除。

　　对于一个比较典型的校园网，各个建筑之间通常用光纤联接，见图2，网络中配备了Catalyst 3500 XL系列交换机、Catalyst 2900 XL系列交换机和Catalyst 1900系列交换机。在每座建筑内部，一般每个楼层有一台或若干台交换机，这些交换机根据不同的应用选择合适的传输介质联接，可以是五类线缆、同轴线缆或光纤。

　　图2

　　采用了Cisco的交换机集群技术后，网络管理人员不再需要到校园的每个楼房跑来跑去，检查配线柜，或设置交换机。如果网络管理人员需要对交换机进行初始化、移去一台交换机或对网络进行故障排除，只要坐在计算中心，通过一个基于Web界面的控制台就可以完成了。

　　四、中型企业环境应用

　　有一个企业，原来只在办公楼占据一层，并且建立了计算机网络，采用了Cisco Catalyst 1900和2900XL系列的交换机。后来，由于业务的发展，又扩大了两层。同时，业务的发展也促使网络的用户数量和信息资源有很大的增长。为了解决这一问题，该企业决定增加具有集群功能的Catalyst 3500XL系列的交换机，形成一个由多种型号的交换机构成的交换机集群。在网络上运行着若干关键应用，例如财务、CRM和SCM等。目前，该企业的网络运行良好，在网络成本和网络的维护与管理方面都非常令人满意。

　　他们在向原有的Catalyst 1900和2900XL系列的交换机上增加集群功能时，采用的是Cisco公司提供的免费软件，同时在新型的Catalyst 3500XL系列的交换机内部已经嵌入了集群功能。即使是第三方的交换机产品，Cisco公司的交换机集群技术也可以对其进行远程维护和故障排除。

　　图3

　　在动态的网络环境中，高数据可用性对于企业的成功是至关重要的，交换机集群由于具有可伸缩性和可管理性等优势，将在企业网环境中得到推广。Cisco的交换机集群技术是在业界率先推出的，采用该项技术可以满足企业迅速发展或改变网络结构的需要，同时大大降低总的拥有成本。

　　除了前面介绍的各项优点外，交换机集群技术由于其可伸缩性和灵活的架构，交换机集群对于企业网中的语音和视频通信也有很好的支持，这对于企业网的未来是非常重要的。