生成樹協(xié)議在局域網(wǎng)中的應(yīng)用

張文川

摘要：交換網(wǎng)絡(luò)環(huán)路是為交換網(wǎng)絡(luò)提供冗余鏈路時形成的，環(huán)路的存在導(dǎo)致了交換網(wǎng)絡(luò)中廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生，致使交換網(wǎng)絡(luò)的MAC 地址系統(tǒng)失效。這是冗余鏈路最大的問題所在，而為了避免單點故障引所起的網(wǎng)絡(luò)中斷，在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中又必須要求具備冗余備份鏈路。該文討論生成樹協(xié)議在具有冗余鏈路的交換網(wǎng)絡(luò)中的工作實現(xiàn)，及隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求而改進的生成樹協(xié)議技術(shù)，即快速生成樹協(xié)議和多生成樹協(xié)議的工作實現(xiàn)，從而達到在交換網(wǎng)絡(luò)中既保障了網(wǎng)絡(luò)冗余鏈路，又避免了環(huán)路危害的目的。

關(guān)鍵詞：廣播風(fēng)暴；生成樹協(xié)議；冗余鏈路

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）20-0056-02

Configuration of Spanning Tree Protocol in Local Area Network

ZHANG Wen-chuan

（Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology， Lanzhou 730060， China）

Abstract： Switched network loop is a redundant link for the switching network， which causes the generation of broadcast storm in the switching network. The MAC address system of the switched network is invalid. This is the biggest problem of redundant link， and in order to avoid the single point of failure caused by the interruption of the network， in the network must be required to have redundant backup link. In this paper， we discuss the implementation of spanning tree protocol in switched networks with redundant links， and the work of improving the network application requirements， namely， the fast spanning tree protocol and multi spanning tree protocol.

Key words： Broadcast Storm spanning tree protocol redundancy link

1 引言

在交換機或其他交換設(shè)備設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，為了使使網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變得更加健全、穩(wěn)定、可靠，基本都采用了冗余備份鏈路技術(shù)，但是使用冗余備份鏈路容易在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境當(dāng)中形成環(huán)路。環(huán)路的形成會導(dǎo)致廣播風(fēng)暴、多幀復(fù)制及MAC地址表不穩(wěn)定等情況發(fā)生。而生成樹技術(shù)可以避免環(huán)路的形成，從而可以避免發(fā)生廣播風(fēng)暴。

2 生成樹協(xié)議的概念

生成樹協(xié)議[1]（STP， Spanning Tree Protocol），又稱擴展樹協(xié)定，是一基于OSI網(wǎng)路模型的數(shù)據(jù)鏈路層（第二層）通訊協(xié)定，用作確保一個無回圈的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。其主要的作用是在數(shù)據(jù)進行傳輸時可以避免二層環(huán)路的形成，同時還具備鏈路的備份功能。快速生成樹協(xié)議（RSTP）是在生成樹協(xié)議的基礎(chǔ)上又增加了替換端口（alternate Port）和備份端口（backup Port）兩種端口角色，來分別做為根端口（root Port）和指定端口（desingnated Port）的冗余端口。當(dāng)根端口和指定端口出現(xiàn)故障時，冗余端口可以直接迅速地切換到替換端口或備份端口。

3 生成樹協(xié)議的算法過程[2]

生成樹協(xié)議在算法過程中首先會選擇根網(wǎng)橋，根網(wǎng)橋的選擇首先會比較網(wǎng)橋的BID值，值越小其優(yōu)先級越高。ID值是由兩部分組成的：交換機的優(yōu)先級和MAC地址組成的，如果交換機的優(yōu)先級相同則比較其MAC地址，地址值越小，其就被選舉為根網(wǎng)橋。在選擇根網(wǎng)橋之后接下來會選擇根端口，根端口的選擇有根路徑成本的大小決定，鏈路的帶寬決定根路徑成本的大小，帶寬越大，路徑成本越低，則選該端口為根端口。如果根路徑成本大小相同，就要比較所在交換機的BID值，BID值越小，其優(yōu)先級就越高，最后，會比較端口的ID值，該值有兩部分組成：端口優(yōu)先級和端口編號，那個端口的值小，那個端口就會被選為根端口。最后選擇指定端口，在每條鏈路上選擇一個指定的端口，根網(wǎng)橋上所有端口都是指定的端口；首先，比較根路徑成本，其次，比較端口所在網(wǎng)橋的ID值，最后，比較端口的ID值。

4 生成樹協(xié)議的配置[3]

MSTP是交換機默認的生成樹協(xié)議類型。使用Switch（config）#spanning-tree mode{stp|rstp}可以修改生成樹協(xié)議的類型。如果要配置交換機的優(yōu)先級可以使用命令Switch（config）#spanning-tree priority <0-61440>來完成。設(shè)置交換機的優(yōu)先級主要是為了確定整個網(wǎng)絡(luò)的根交換機，一般情況下，默認值為32768?？梢允褂?no Spanning-tree priority恢復(fù)到默認值。使用命令Switch（config-if）# spanning-tree port-priority <0-240>可以配置交換機端口的優(yōu)先級。可以使用no Spanning-tree port-priority恢復(fù)到默認值。我們可以使用命令Switch（config-if）# spanning-tree cost cost來配置端口路徑花費?？捎?no Spanning-tree cost命令恢復(fù)到默認。Hello Time是交換機定時發(fā)送BPDU報文的時間間隔。可以使用Switch（config）# Spanning-tree hello-time seconds來進行配置?？捎?no Spanning-tree forward-time命令恢復(fù)到默認值。Max-Age Time是BPDU報文消息生存的最長時間。可用Switch（config）# Spanning-tree max-age seconds進行配置?？捎胣o Spanning-tree max-age 命令恢復(fù)到默認值。

5 生成樹協(xié)議的工作模式

生成樹的工作模式有STP模式、RSTP模式、MSTP模式以及PVST模式。在STP和RSTP模式下，設(shè)備所有端口都將向外發(fā)送STP和RSTP數(shù)據(jù)單元。當(dāng)接收端收到對端設(shè)備發(fā)來的數(shù)據(jù)單元如果是STP時，它會自動遷移到STP模式，而如果收到的數(shù)據(jù)單元是RSTP，則不會進行自動遷移。同樣在MSTP模式下設(shè)備的所有端口也都向外發(fā)送MSTP BPDU。接收端收到對端設(shè)備發(fā)來的STP數(shù)據(jù)單元時，會自動遷移到STP模式，而如果收到的是MSTP BPDU，則不會進行自動遷移。PVST模式，在該模式下交換機的所有端口都向外發(fā)送PVST BPDU，每個虛擬局域網(wǎng)維護一棵生成樹。工作在RSTP/MSTP模式的設(shè)備可以自動遷移到STP模式下工作，但是工作在STP模式下的設(shè)備不能自動遷移到RSTP/MSTP模式，此時需要用戶執(zhí)行mCheck操作來迫使工作模式發(fā)生遷移。假設(shè)在一個交換網(wǎng)絡(luò)中，運行MSTP（或RSTP）的設(shè)備的端口連接著運行STP的設(shè)備，該端口會自動遷移到STP模式下工作；但是此時如果運行STP的設(shè)備被拆離，該端口不能自動遷移到MSTP（或RSTP）模式下運行，仍然會工作在STP模式下。此時可以通過執(zhí)行mCheck操作迫使其遷移到MSTP（或RSTP）模式下運行。

6 結(jié)論

交換機在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時很可能由于存在多條路徑構(gòu)成一個環(huán)路，出現(xiàn)廣播風(fēng)暴。而生成樹協(xié)議就是為了避免網(wǎng)橋中出現(xiàn)環(huán)路而設(shè)定的，它是通過一定的算法將交換機的某些端口阻塞，避免使網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)形成環(huán)路，而發(fā)生廣播風(fēng)暴。生成樹協(xié)議還能保證整個網(wǎng)絡(luò)的每一個部分有足夠的連接通向，所有網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的節(jié)點不是在轉(zhuǎn)發(fā)就是在阻塞狀態(tài)，這樣就在整個交換網(wǎng)中建立了一棵生成樹。配置生成樹協(xié)議雖然麻煩，但是隨著隨著交換技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的普遍應(yīng)用，保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的正常通信成為一項重要的任務(wù)，生成樹協(xié)議既能保證冗余鏈路提供鏈路備份，又避免廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。

參考文獻：

[1]程慶梅， 劉天華. 計算機網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)教程[M]. 北京： 高等教育出版社， 2005.

[2]宋賢鈞. 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)[M]. 北京： 高等教育出版社， 2015.

[3]王書明. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與互聯(lián)[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2011.