1.2 以太网基本概念及原理(14)

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第6章 二层组播

学习后续内容（比如三层组播路由协议）的基础，在实际中，这些组播概念也是应用得最多的。

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第7章 生成树协议

第7章 生成树协议

现在的大型网络设计一般都采用分层结构，即分为核心层，汇聚层和访问层三个层次，其中核心层使用核心的设备，比如高端以太网交换机承担，汇聚层采用一些中低端的交换机担当，而接入层则一般采用低端交换机来负责，这样，汇聚层完成接入层业务的汇聚，然后送到骨干层上传输。

为了保证冗余特性，汇聚层交换机或接入层交换机一般通过两条以上的链路跟上层连接，而骨干层各个设备之间也不是单一的链路，而是组成一个全网状结构或一个半网状结构。不论何种结构，核心层交换机之间的链路肯定多于一条。在这些冗余链路的环境中，就会产生很多问题，最典型的是广播风暴。

7.1 广播风暴

考虑下面的网络结构：

图7-13 环路

在该网络中，汇聚层交换机通过两条链路分别跟核心层的两个核心交换机连接。这样可以做到充分的冗余，比如，当其中一条链路出现问题，还有另外一条链路做备用。但如果转发广播数据报，会产生严重问题：假设PC机发出了一个广播数据帧，汇聚层交换机接收到以后，会通过两个上行的端口转发。核心层接收到这个广播数据帧之后，会互相转发，这样下来，必然造成广播数据帧在整个网络上来回震荡，造成网络的瘫痪，这就是所谓的广播风暴。 在这种情况下，我们必须引入一种机制来避免这种危险，这种机制就是生成树协议。

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第7章 生成树协议

7.2 生成树协议基本概念

生成树协议的关键是其几个基本概念，理解了这些基本概念，其运行过程也就明了了。下面结合图形来具体说明几个概念。

交换机优先级端口成本端口优先级根交换机根端口指定交换机指定端口交换机标识

图7-14 生成树协议概念示意图

7.2.2 根交换机

生成树协议的运做结果是生成一棵无环树，既然是一棵无环树，必然存在一个树根。这个树根是由选举产生的，选举出来当做树根的交换机就是根交换机。

选举出根交换机以后，其他交换机就以根交换机为依据来建立自己的转发拓扑。每个交换机的转发拓扑组合起来，就形成了一棵树。

7.2.3 交换机标识和交换机优先级

交换机标识用来唯一表示网络上的一台交换机。该标识是由两部分组成的，第一部分是2字节的优先级，该优先级说明了在选举根交换机的时候交换机的优先程度，接下来是六字节的MAC地址，该MAC地址就是交换机的MAC地址。这样的组合就保证了交换机的标识唯一性，即使优先级相同，但每个交换机有唯一的MAC地址，这样就可以保证了交换机标识的唯一性。 交换机标识是选举根交换机的唯一依据。在选举根交换机的时候，各个交换机比较其他交换机的标识，具有最低标识的交换机被选中。

可以看出，在比较交换机的标识的时候，起决定作用的是2个字节的优先级。因为这两个字节位于标识的高位部分。当优先级相同的时候，交换机的MAC地址才起作用。所以，在实际中，只要更改交换机的优先级就可以轻松控制根交换机的选举。

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第7章 生成树协议

7.2.4 端口成本和端口优先级

生成树协议的最终运行结果表现在交换机上，就是闭塞一些冗余的端口，打开一些端口进行转发。当打开的端口坏掉了，则把闭塞的端口再打开，做到备用。这样就面临一个问题：怎样选择闭塞的端口？

一个显著的想法就是，选择带宽最高的端口进行转发，其他带宽较低的统统闭塞。这样就端口成本便是这样一个选择依据，一般情况下，端口成本就是端口带宽的正比例反映，但这个端口成本是可以配置的，就是说，你可以手工指定端口的成本，而不管实际的带宽如何。这样完全是出于策略的考虑。 但存在一种情况，就是两个端口有同样的带宽。这样的情况下，我们就需要用到另外一个参数——端口优先级了。该参数指定，当端口成本相同的时候，优先级高的端口优先闭塞，优先级最低的端口进行转发。这样就保证了转发端口的唯一性。默认情况下，所有端口的优先级是相同的，这样为了打破僵局，交换机会参考端口号（端口号在交换机上有唯一性），端口号最低的端口优先进行转发。

7.2.5 根端口

顾名思义，根端口就是通向根的端口。交换机运行生成树协议，最终形成一棵转发树，每个交换机都通过一个且仅仅一个端口连接到这棵树的根，这个端口就是根端口。

7.2.6 指定交换机和指定端口

一个交换机选择出根端口以后，并不是把其他端口都堵塞，而且还必须选出一个指定端口。该端口的目的是转发下游数据（所谓下游，是针对根而言的）。考虑上图中最下面的一个冲突域，该冲突域可能通过一个HUB连接了很多计算机，这个冲突域跟右边的一个交换机连接，这时候，如果右边的交换机选择出根端口之后，把其他所有端口都闭塞，则该冲突域就不能把自己的数据转发出去。因此，右边的交换机还必须把连接该冲突域的端口打开，来转发该冲突域内的通信。

可以看出，在上图中这个冲突域连接了两个交换机，通过什么样的规则选择其中的一个交换机端口作为指定端口呢？还是端口成本。两个交换机比较从对方到根的成本，选择成本小的作为指定端口，其他端口闭塞。

到此为止，生成树协议的一些基本概念就介绍完了，下面看一下生成树协议的运行过程。

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第7章 生成树协议

7.3 生成树协议的运行过程

生成树协议运行过程分几个过程：

1． 选择根交换机：交换机启动的时候，向各个端口发送BPDU（桥接协议数

据单元），该数据帧的目的MAC地址是一个保留的组播MAC地址，这样就保证了以太网上所有的交换机都可以接收到该数据帧。BPDU包含下列内容：发送交换机的标识，发送端口的成本，根交换机的标识（初始化为自己），到根交换机的成本等等。这样交换机接收到其他交换机发送的BPDU后，跟自己进行比较，看交换机标识是否比自己小。如果是，则选择它为根交换机，这样长时间的选择，最终网络中的交换机会达成共识，选择某个交换机为根交换机（该交换机的标识最低）；

2． 选择根端口：交换机从接收到的BPDU中可以计算出自己哪个端口到根交

换机最近（成本最低），成本最低的端口被选定为根端口，并转换到转发状态；

3． 选择指定端口和指定交换机：选择出根端口之后，交换机会向所有其他未

阻塞端口（所谓阻塞，是由于物理链路没有起来或手工关闭）发送从根端口接收到的BPDU。不过发送的时候，把BPDU进行修改，把其中的发送交换机标识填写成自己的标识，到根交换机的成本改为端口成本加上根端口到根交换机的成本，比如，根端口到根交换机的成本为100，而某个端口的成本为20，则从该端口把BPDU发送出去后，相应的到根交换机的成本就转换为120。在发送的同时，也可能从其他交换机接收到BPDU，这时候就把自己刚才发送的 BPDU同接收到的BPDU比较，看哪个距离根比较近（成本低），如果自己的成本低，则该端口跳转到转发状态，也就是说，该端口成为相应冲突域的指定端口，而该交换机就 …… 此处隐藏：1220字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……