堆叠技术（堆叠基本概念）

一、堆叠：

CSS/ISTACK

堆叠基本概念：

把两个或多个交换机合成一个大的逻辑交换机（有时又把它叫做设备虚拟化 ）华为把框式交换机的堆叠叫做集群（CSS）,盒式交换机堆叠叫做istack

就是把多个物理设备组合成一个逻辑设备，从而实现管控平面合二为一

1.将交换机的特性结合在一起，变成一个大的逻辑交换机

堆叠的使用场景:

1.园区网用堆叠技术比较多（园区网对业务量、网络的敏感性等要求并不是特别高）

2.数据中心用得比较少，现在数据中心都是去堆叠，不用堆叠了（因为比有堆叠更好的技术，比如跨设备的链路聚合-M-LAG）

3.华为推的数据中心的解决方案中，基本没有堆叠了，有的都仅仅是接入层用堆叠

4.接入层面向服务器有的还在用盒式的堆叠

华为的堆叠分为两种：istack/CSS

1.istack是给盒式交换机用的

2.CSS是给框式交换机用的

CSS和istack：

1.CSS只能把两个物理框变为一个大的逻辑框(目前只支持两台）

2.istack是把两个1U的盒式交换机组合成一个链状或者是环状的大的逻辑交换机（最多16台）

把多个物理交换机组合为一个逻辑交换机的目的是为了实现管控平面二合一，做完堆叠以后共用一个管控平面。

交换机上一般三个平面：转发平面、管理平面、控制平面

堆叠的优点：

管控平面合二为一的好处

1.通过管理口登录到任何一台交换机，看到的是同一个管控平面（通过管理口登录到交换机，能看到所有交换机的接口）

2.堆叠后，所有框式交换机共用一个主控板（框式交换机有控制引擎或叫做管理引擎）

3.其他交换机的主控板用作备份

4.堆叠后的交换机对外呈现的是一台设备，对于其他连接到堆叠组的设备无感知

5.堆叠通常在园区网中和链路聚合（LAG）一起使用

LAG是点对点的技术，而且要求多线接入的对端是多台设备

6.堆叠+LAG结合使用 可以提高设备级的可靠性，而传统的LAG只能保证链路级的可靠性

7.堆叠+LAG结合使用的另一方面也增加的链路带宽，避免了因STP导致单线路跑数据的缺陷

8.避免因单线路故障，备份线路重新收敛所带来的转发延迟

9.因此，堆叠技术通常情况下是和LAG一起使用的，不用LAG就无法最大化发挥出堆叠的作用

堆叠线/背板总线：堆叠设备之间连接的线缆

背板总线主要用于当上联线路中断以后的备份线路

如图，当汇聚交换机之间做了堆叠/集群以后（同一层之间的堆叠叫做横向堆叠），当PC1有去往PC2的数据：

1.假设PC1的数据经由SW4发到SW2（聚合后设备会通过hash（散列函数）随机选择一条线路将数据发到上联设备），SW2会根据本地优先原则将数据发到SW1

2.当SW2连接SW1的线路发生中断，SW2会通过背板总线将数据发到SW3，再由SW3将数据发到SW1，然后到达PC2

3.如果SW2收到的是一个未知单播帧（假设SW2没有PC2的mac地址表项），那么SW2会通过连接SW1的线路/背板总线将数据分别泛洪到SW1和SW3

4.如果PC1产生了一个广播的数据帧，那么SW4也同样通过hash选择一条线路，假设数据发送到了SW3，SW3将泛洪数据帧到SW2和SW1，但是当数据到达SW2后，会将数据泛洪到PC3和PC4，但是不会将数据发送到SW1

堆叠组收到一个数据遵循本地优先原则，为什么？

1.本地优先避免了数据绕远，降低了转发延迟

2.不走中间堆叠线缆，降低了中间堆叠线缆的负载

堆叠的设计：

简单

各层设备均使用堆叠技术，逻辑设备少，网络拓扑简单，二层天然无环，无需部署xSTP破环协议。

高效

各层设备间使用Eth-Trunk链路聚合技术，负载分担算法灵活，链路利用率高。

可靠

堆叠技术同链路聚合技术结合使用，各层物理设备形成双归接入组网，提高整网可靠性。

堆叠的缺点：

1.故障率高，单主控板出现问题，可能会导致备份主控板无法接管的问题

2.或交换机间的主控板都出现故障

3.因此，对于类似数据中心这样的网络环境下，为了减少故障域，通常不使用，故障隔离，当发生故障所影响的范围

4.即使使用，也使用在面向高密度多服务器的接入层交换之间

CSS，集群交换机系统（cluster switch system），又称为集群，是指将两台支持集群特性的交换机设备组合在一起，从逻辑上组合成一台交换设备

CSS的特征：

1.交换机多虚一：堆叠交换机对外表现为一台逻辑交换机，控制平面合一，统一管理

框式交换机堆叠，主控板不能同时工作，一次只能有一个主控板工作（通常是主设备的，当主设备出现问题被设备接管工作），但是有可能在切换的过程中导致单点故障（备设备没有及时接管主设备的业务）

2.转发平面合一：堆叠内物理设备转发平面合一，转发信息共享并实时同步

堆叠后，主控板一个，线卡接口卡合一

主控板会将自己的所有转发表项分发到各个堆叠设备的所有线卡，目的是为了让每台单一堆叠设备下游所产生的流量能实现本地数据转发，而不用将数据途径堆叠线缆经过主控板导致性能下降的问题

3.跨设备链路聚合：跨堆叠内物理设备的链路被聚合成一个Eth-Trunk端口，和下游设备实现互联

CSS基本概念：

1.主交换机：负载管理整个集群，集群中只有一台主交换机

2.备份交换机：主交换机的备份交换机，当主交换机故障时，备交换机会接替原主交换机的所有业务，集群中只有一台备交换机

3.集群ID，既CSS id,用来标识和管理成员交换机，集群中的成员交换机的集群ID是唯一的

4.集群优先级：即priority，是成员交换机的一个属性，主要用于角色选举过程中确定成员交换机的角色，优先级值越大代表优先级越高，优先级越高当选为主交换机的可能性越大，默认是100

角色选举：

1.谁最先完成启动，并进入单框集群运行状态的交换机成为主交换机

2.当两台交换机同时启动时，集群优先级高的交换机成为主交换机

3.当两台交换机同时启动，且集群优先级又相同时，MAC地址小的交换机成为主交换机

4.当两台交换机同时启动，且集群优先级和MAC都相同时，集群ID小的交换机成为主交换机

CSS集群连接方式：

堆叠卡/集群卡集群：购买堆叠卡插到背板上面，堆叠卡和背板总线连接在一起，用专用的堆叠线连接上，无需配置，自动实现集群（背板：堆叠卡+堆叠卡上插堆叠线），背板转发高于前面板转发---园区网专用

业务口集群（主要用于CE级别数据中心）：交换机内置了堆叠能力，买回来直接连线堆叠，所有业务接口都支持堆叠，需要手工配置，不需要格外购买堆叠卡、堆叠线，方便，使用任意业务口都可以实现堆叠 （建议使用跨框业务口堆叠）

业务口堆叠：10G 40G 100G端口做堆叠，最多支持32颗

CSS集群建立：

一般框式交换机是有两个主控板（MPU）的，其中主交换机第一块主控板为主，备交换机的第一块主控板为备，剩下的主交换机和从交换机的第二块主控板为从，用作冷备

1.对于使用CSS的交换机，通常为框式交换机，框式交换机的主控板通常是双主控板

2.对于两台双主控板交换机集群，当主的主控板出现问题会切换到备交换机主控板（热备)

3.当备份交换机主控板出现问题，会再切换到主交换机的备份主控板

4.也就是说，对于CSS的设备，主备的切换都是需要跨 框的

5.CE数据中心交换机通常要求每颗线最低10G端口，而且每颗线带宽要相等，最多32颗线做集群

6.逻辑集群出来的端口叫做stack bound（堆栈绑定）

堆叠成员加入与合并：

1.堆叠最忌讳的是分裂，当然，有分裂也会有合并

场景1：堆叠加入

2.当把一台交换机加入到一个堆叠/集群系统中，这台交换机一定会重启，所以做堆叠之前需要考虑业务情况。

1.当其中一台交换机已配置堆叠/集群以后，因为只有一台交换机，这台交换机就会认为自己是主(mater)，这台交换机就属于一个集群系统

2.另一台交换机也配置了堆叠，当要加入该集群系统中，由于在该集群中已经有了主（master），那么后加入的交换机就会成为备（standby）

3.SWA是一个堆叠域，然后SWB敲了配置，中间堆叠线连接（如果业务口做堆叠，需要在业务口下敲上相应的堆叠配置），这个时候SWB加入SWA这个堆叠组成员所在的这个堆叠域叫做堆叠加入（图1）

4.由于在原有的堆叠域中已经存在主的角色，那么SWB将成为备，会自动进行重启，以同步SWA的配置

场景2：堆叠合并/集群合并

当一个集群系统中的交换机需要合并到另一个集群系统中的时候：

1.如果两台交换机都是主，那么将通过配置的参数（优先级，MAC地址，CSS-ID）按照选举步骤依次进行选举。

2.选举完成以后，备交换机的主控板和整框将重启，以集群备交换机的角色加入新的集群系统，并同步主交换机的配置。

3.如果想让任何一台交换机成为主（master），则可以重启另外一台交换机，当另外一台交换机重启以后，将自动成为备（standby）

集群系统合并的情况主要发生两种情况下：

1.将两台交换机都配置集群后重启（重启之前双方都处于单框集群），再使用集群线缆将两台交换机连接，之后这两台交换机会进入集群合并流程

2.集群链路或者是设备故障导致集群分裂，故障恢复后，分裂后的两个单框集群系统重新合并

堆叠分裂/集群分裂：

当一个集群系统中的交换机无法通过主用主控板和备用主控板发送心跳报文来维护集群系统状态的时候，集群系统将分裂为两个单框集群系统叫做集群分裂

B、集群分裂出现的场景：

1.集群线缆、集群卡、主控板故障

2.集群系统中的交换机断电或者是重启

----------------------------------------总的来说就是堆叠线缆出现故障，导致心跳报文不能定期发送，堆叠成员无法感知其他成员，出现双主情况