園區(qū)網(wǎng)中防止二層環(huán)路技術(shù)研究與對(duì)比

申紅巖 ，劉俊灼

1.山東省德州新星職業(yè)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)組，山東德州 251200

2.江西省景德鎮(zhèn)高等專(zhuān)科學(xué)校人文旅游系，江西景德鎮(zhèn) 333000

在中小型網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計(jì)當(dāng)中最該避免的是有二層環(huán)路的存在，因此我們通常都把網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為樹(shù)形或星形結(jié)構(gòu)，然而在大中型園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)當(dāng)中主鏈路和備份鏈路、負(fù)載均衡等技術(shù)都有大量的實(shí)施，這樣一來(lái)就必然會(huì)存在大量二層環(huán)路的問(wèn)題。本文主要是闡述和對(duì)比防止二層環(huán)路的STP、RSTP和MSTP技術(shù)，并得出結(jié)論現(xiàn)實(shí)工程當(dāng)中防二層環(huán)路時(shí)MSTP的應(yīng)用最為廣泛。

1 園區(qū)網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型

在大中型園區(qū)當(dāng)中，通常是按照核心層、匯聚層和接入層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并在網(wǎng)絡(luò)出口處添置出口路由器和防火墻（如圖1）。在接入層和匯聚層之間以及匯聚層與核心層之間存在著大量的二層環(huán)路，因此我們?yōu)榱朔乐苟迎h(huán)路的影響必須引入生成樹(shù)協(xié)議（STP）。

圖1 園區(qū)網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型

2 生成樹(shù)協(xié)議介紹和對(duì)比

2.1 STP簡(jiǎn)介

生成樹(shù)協(xié)議時(shí)802.1D中定義的一個(gè)應(yīng)用于網(wǎng)橋的協(xié)議，這個(gè)協(xié)議為網(wǎng)橋定義了一組規(guī)則用于探知鏈路層拓?fù)?，并?duì)網(wǎng)橋的鏈路層轉(zhuǎn)發(fā)行為進(jìn)行控制。如果生成樹(shù)協(xié)議感知到網(wǎng)絡(luò)中存在環(huán)路，那么它會(huì)在環(huán)路上選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)奈恢米枞溌飞系亩丝凇柚罐D(zhuǎn)發(fā)或接受數(shù)據(jù)報(bào)文，通過(guò)這種方式消除環(huán)路上可能產(chǎn)生的廣播風(fēng)暴。STP協(xié)議中定義了根橋（RootBridge）、根端口（RootPort）、指定端口（DesignatedPort）、路徑開(kāi)銷(xiāo)（PathCost）等概念，目的就在于通過(guò)構(gòu)造一棵自然樹(shù)的方法達(dá)到裁剪冗余環(huán)路的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鏈路備份和路徑最優(yōu)化。用于構(gòu)造這棵樹(shù)的算法稱(chēng)為生成樹(shù)算法SPA（Spanning TreeAlgorithm）。要實(shí)現(xiàn)這些功能，網(wǎng)橋之間必須要進(jìn)行一些信息的交流，這些信息交流單元就稱(chēng)為配置消息BPDU（BridgeProtocol Data Unit）。STP BPDU是一種二層報(bào)文，目的MAC是多播地址01-80-C2-00-00-00，所有支持STP協(xié)議的網(wǎng)橋都會(huì)接收并處理收到的BPDU報(bào)文。該報(bào)文的數(shù)據(jù)區(qū)里攜帶了用于生成樹(shù)計(jì)算的所有有用信息。

2.2 RSTP簡(jiǎn)介

隨著應(yīng)用的深入和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，STP協(xié)議的缺陷主要表現(xiàn)在收斂速度上。為了解決STP協(xié)議的這個(gè)缺陷，在世紀(jì)之初IEEE推出了802.1w標(biāo)準(zhǔn)，作為對(duì)802.1D標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充。在IEEE 802.1w標(biāo)準(zhǔn)里定義了快速生成樹(shù)協(xié)議RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）。RSTP協(xié)議在STP協(xié)議基礎(chǔ)上做了三點(diǎn)重要改進(jìn)，使得收斂速度快得多（最快1秒以內(nèi)）。第一點(diǎn)改進(jìn)：為根端口和指定端口設(shè)置了快速切換用的替換端口（Alternate Port）和備份端口（Backup Port）兩種角色，當(dāng)根端口/指定端口失效的情況下，替換端口/備份端口就會(huì)無(wú)時(shí)延地進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。第二點(diǎn)改進(jìn)：在只連接了兩個(gè)交換端口的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路中，指定端口只需與下游網(wǎng)橋進(jìn)行一次握手就可以無(wú)時(shí)延地進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。如果是連接了三個(gè)以上網(wǎng)橋的共享鏈路，下游網(wǎng)橋是不會(huì)響應(yīng)上游指定端口發(fā)出的握手請(qǐng)求的，只能等待兩倍Forward Delay時(shí)間進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。第三點(diǎn)改進(jìn)：直接與終端相連而不是把其他網(wǎng)橋相連的端口定義為邊緣端口（Edge Port）。邊緣端口可以直接進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，不需要任何延時(shí)。

2.3 MSTP簡(jiǎn)介

STP協(xié)議和RSTP協(xié)議以及Cisco的私有協(xié)議PVST+ 都屬于單生成樹(shù)（SST）協(xié)議，也就是對(duì)于支持多vlan的設(shè)備只能運(yùn)行單一的生成樹(shù)。MSTP是IEEE 802.1s中提出的一種STP和VLAN結(jié)合使用的新協(xié)議，它既繼承 了RSTP端口快速遷移的優(yōu)點(diǎn)，又解決了RSTP中不同 vlan必須運(yùn)行在同一棵生成樹(shù)上的問(wèn)題。

多生成樹(shù)協(xié)議MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）是IEEE802.1s中定義的一種新型生成樹(shù) 協(xié)議。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，STP/RSTP是基于端口的，PVST＋是基于VLAN的，而MSTP是基于實(shí)例的。與 STP/RSTP和PVST+相比，MSTP中引入了“實(shí)例”（Instance）和“域”(Region) "的概念。所謂“實(shí)例”就是多個(gè)VLAN的一個(gè)集合，這種通過(guò)多個(gè)VLAN捆綁到一個(gè)實(shí)例中去的方法可以節(jié)省通信開(kāi)銷(xiāo)和資源占用率。MSTP各個(gè)實(shí)例拓?fù)涞挠?jì)算是獨(dú)立的，在這些實(shí)例上就可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。使用的時(shí)候可以把多個(gè)相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的VLAN映射到某一個(gè)實(shí)例中，這些VLAN在端口上的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)將取決于對(duì)應(yīng)實(shí)例在MSTP里的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。

3 結(jié)論

隨著新技術(shù)的不斷產(chǎn)生，生成樹(shù)協(xié)議也有它的發(fā)展軌跡。從STP到RSTP再到MSTP，目前的園區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)當(dāng)中必然是多VLAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此在二層防環(huán)的技術(shù)實(shí)施當(dāng)中MSTP應(yīng)用應(yīng)該是最為廣泛。

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