生成树协议(STP)常见故障分析.doc

生成树协议(STP)常见故障分析 导读：DOI:10.16707/ki.fjpc.2018.11.077F福 建 电 脑 UJIAN COMPUTER生成树协议（STP）常见故障分析邹志龙（湖北三峡职业技术学院 湖北 宜昌 443000）【摘 要】生成树协议是网络核心层建设中经常采用的解生成树协议(stp)DOI:10.16707/ki.fjpc.2018.11.077F福 建 电 脑 UJIAN COMPUTER生成树协议（STP）常见故障分析邹志龙（湖北三峡职业技术学院 湖北 宜昌 443000）【摘 要】生成树协议是网络核心层建设中经常采用的解决冗余链路的技术，但由于网络链 路 的 复 杂 性 及 生 成 树 协 议的工作原理，导致在配置 STP 时经常会出现一些隐蔽性较强的故障，本文分析了生成树协议的常见故障并对故障的解 决提出了一些建议。【关键词】生 成 树 协 议 ； 网 桥 协 议 数 据 单 元 ； 故 障生 成 树 协 议 是 IEEE802.1D 中 定 议 的 数 据 链 路 层 协 议 ，用 于解决在网络的核心层构建冗余链路里产生的网络环路问题， 通过在交换机之 间传递网桥协议数据单元（Bridge Protocol Da鄄 ta Unit，简 称 BPDU），通 过 采 用 STA 生 成 树 算 法 选 举 根 桥 、 根 端口和指定端口的方式， 最终将网络形成一个树形结构的网 络，其中，根端口、指定端口都处于转发状态，其他端口处于禁 用状态。如果网络拓扑发生改变，将重新计算生成树拓扑。生成 树协议的存在，既解决了核心层网络需要冗余链路的网络健壮 性要求，又解决了因为冗余链路形成的物理环路导致”广播风 暴”问题。 STP 协议除了其本生存在收敛速度慢、单生成树等问 题外，在其运行中也会出现一些故障，下面分析其常见故障及 解决方法。一、生成树协议产生故障的原因 两个交换机端口之间的通信链路都是双向的，因此其发送 的内容也会双向发送，所以在理想状态下，STP 能保证在交换机 之间有规律地发送 STP 数据单元， 保证 STA 算法的正常实施， 通过选举断开环路，避免广播风暴，当交换机出现单点故障时， 重新计算，连接断开的链路，体现冗余的效果。 但现实网络工作 环境往往不是理想状态， 一方面设备商的软件可能有缺陷，会 导 致 STP 出 问 题 ，更 多 的 情 况 下 ，是 硬 件 的 故 障 导 致 STP 出 问 题，比如设备 配置的错误（包括端口的 STP 启用、优先级的设定 等）、设 备 CPU 过 载 、设 备 端 口 跳 线 连 接 的 错 误 （如 网 络 设 备 间 存在复杂的多余的连接等 ）导致 VLAN 关闭。 这些问题 都 会 使 STP 网桥协议数据单元无法正常传递或及时到达， 导致一个或 多个交换机不会连续收到网桥协议单元，从而工作网络的网络 拓扑不能被完整发现，STA 算法产生 的 结 果 错 误 ， 环 路 不 能 被 正常堵塞，广播得以在网络中循环，最终因网络有效带宽被广 播占用而使网络瘫痪。 二、生成树协议的常见故障 1、生成树算法不稳定。 STP 协议工作在第二层， 在交换机端口之间传递网络协议 单元获取网络拓扑，并通过 STA 算法阻断环路形成树形逻辑网 络拓扑。 但如 果网络拓扑过于复杂 ，STA 算 法 有 时 会 存 在 失 效 的情况，这时根桥、根端口和指定端口的选举失败，导致环路的 产生，使网络瘫痪。 目前这一问题的根本原因理论上还无定论， 多数人认为是 STP 协议本身不稳定的问题，比如 STP 生成树收 敛过慢， 导致网络协议单元数据 包 丢 失 过 多 ，STA 误 以 为 网 络 中出现了单点故障， 从而使处于阻塞状态的端口变为转发状 态，网络出现环路导致网络瘫痪。 此种故障出现的概率很低，但 出现了很难排除。2、端口工作方式导致端口工作模式不匹配。 交 换 机 的 端 口 工 作 模 式 有 单 工 （Simplex）、 半 双 工 （half-du鄄 plex）和 全 双 工 （full-duplex）三 种 模 式 ，一 般 在 配 置 时 都 采 用 自 动协商的方式。 在配置时如果将交换机一端人工设置为全双 工，另一端仍然采用自动协商方式，在有些品牌的交换机中，将 使通信链路在半双工模式下工作；更有一种极端的方式，将一 端交换机的端口工作方式设置为全双工模式，而将链路对端交 换机的端口设置为半双工模式， 这都会导致双工不匹配的问 题。 其结果是工作在全双工模式下的端口在发送数据前不载波 侦听链路是否处于空闲状态，直接发送数据，而工作在半双工 模式下的端口在发送数据前先执行载波侦听且当链路处于空 闲状态时才发送数据，此时，如果全双工端口持续性的有大量 数据需要发送，那么半双工状态的端口将不会有数据传送给对 端。 STA 在计算的时候，由于半双工状 态 的 端 口 发 送 不 了 网 络 协议单元，STA 会将处于阻塞状态的端口打开，从而形成环路。 3、单向链路故障。 在采用光纤为通信介质的网络中，往往采用两组光纤收发 链 路 来 保 证 网 络 的 可 靠 性 和 稳 定 性 （一 组 通 信 ，一 组 冗 余 ），由 于光纤收发器的故障、任意一组收发对中的某一条链路故障或 者两组链路中的某一条链路出现了交叉连接，都会导致本端收 发器能收到对端收发器发送的报文，便对端收发器收不到本端 收发器发送的报文，这种故障称为单链路现象，隐蔽性高，不易 排错。 由于单链路故障影响了 STP 的网桥协议单元的发送，致 使 STA 计算出现错误码，将本应处于阻断状态的端口转变为转 发状态，从而导致环路的产生。 4、数据帧被损坏。 交换机是二层通信，如果物理链路的通信质量不高（通信 介质质量问题或干扰问题等），将导致数据帧在传输时被损坏， 从而被丢弃。 网桥协议单元在传输时因信道质量不高而损坏达 到一定量后，会使 STA 误认为出现单点故障而将已阻断的端口 打开通信。 一般对于 STP 协议来讲，如果阻塞端口丢失网桥协 议单元的状态超过 50 秒，就会出现故障。 5、网络设备资源不足引起故障。 STP 协 议 的 执 行 及 其 网 桥 协 议 单 元 的 处 理 都 由 网 络 设 备 （主 要 是 交 换 机 ）的 CPU 来 进 行 ，如 果 交 换 机 的 CPU 本 身 处 理 能力不强或被其他问题过渡占用，使交换机无法及时发出或接 收网桥协议单元，引起 STP 无法正常工作的故障。 6、配置 PortFast 快速端口引起的故障。 在运行 STP 的网络中，如果将交换机上直接连接主机的端 口 配 置 为 PortFast，可 以 使 端 口 直 接 从 阻 断 状 （下 转 第 160 页 ）2018 年第 11 期 福 建 电 脑 149F福 建 电 脑 UJIAN COMPUTER活动中交互影响，通过调节师生关系及其相互作用，形成和谐 的互动。 以往的大多教师上课都口若悬河，声色并茂，可课堂大 多是教师的独角戏，再好的教学方法，讲了一遍又一遍，累了老 师，效果还不是很好。 在后面的程序设计课程教学过程中（包括 我 现 在 的 教 学 ），多 提 问 题 ，多 给 学 生 独 自 思 考 的 时 间 ，能 提 问 的学生都值得表扬。 根据班上大部分学生的学习接受能力程 度，合理安排进度。4.强化生活关联性。 课堂教学多捕捉生活现象，设计生活化 问题，培养学生的问题意识。 如讲到程序的选择结构，我会用这 样的例子:商场为了促销，采用购物金额分级打折的办法。 编写 程序输入购物款数，计算并输出实际应付价和优惠价。 讲到枚 举时，用世界数学史上著名的“百鸡问题”等等。 学生看到这些 内容和生活相关，能解决实际问题，从而激发学生的学习兴趣 和求知欲。5.强化知识体验性。 让学生学会用计算机的眼光观察周围 世界，运用计算机知识解决实际生活问题，从而培养学生应用 计算机的意识。 如用子函数调用和循环的知识，编程实现求方 程的根（用弦截法）。 数学课上需要一步步推导，一步步求解，过 程繁琐，而通过编写相应的程序，运行时一两秒钟就得到结果， 效果大家可想而知。 程序设计课常用项目驱动法教学，例如和 学生接触紧密的计算机桌面项目一种计算机桌面图标管理系 统。 从一个最基本的模块开始，按照学习的逐渐深入，逐步扩 充内容，由浅入深，最终得到一个实用的程序。 项目驱动法中， 教学的目标明确，与实际生产或经营活动有关，提高了学习的 积极性，学生的创新创业能力也得到了提高。（二）提升计算机专业老师和学生的创新创业意识。 为促进 大学生素质全面提高， 将创新创业的思想融入到高校教育，开 展榜样教育，宣传创新创业知识，激发师生参与创新创业教育 的热情。 通过学习文件，让老师、学生深刻领会国家和地方制定 的 创 新 创 业 政 策 ，特 别 是 国 办 发 201536 号 文 件 国 务 院 办 公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见。 （三）教师队伍的建设。 学校可以组织培训专业任课教师创新创业教育的基本知识和方法，在政策上支持教师参加各种会 议，还可以指派教师到相关企业去挂职锻炼。 另外，学校可以通 过聘请创业成功人士来担任客座讲师。五、改革研究取得的具体成果 根据计算机专业特点，制定了符合创新创业的程序设计课 程授课计划进度表和实验教学计划申报表，优化了学生的计算 机专业知识与能力结构；结合计算机专业的实际情况，制作了 符合创新创业能力培养的课程教学课件;促进了课堂教学“五强 化”的人才培养模式改革;参加大学生创新创业训练计划项目、 “互联网+”大学生创新创业大赛等项目的人数有所提高，获奖 人数有所增长; 在程序设计理论教学与实践教学等各个环节注 重培养创新创业能力， 以此培养了大学生创新精神和创业能 力。参考文献： 1王 景.地 方 应 用 型 高 校 创 新 创 业 教 育 改 革 与 发 展 路 径 J.经 营 与 管 理 ，2015 ，6 2何 明 昌.信 息 与 计 算 专 业 创 新 创 业 教 育 改 革 探 索 J.创 新 与 创 业 教 育 ，2010 ，1 （4 ） 3杨 琣.基 于 创 新 创 业 教 育 的 计 算 机 专 业 人 才 培 养 研 究 J.中 国 电 力 教 育 ，2013 ，2 4方跃峰.以创新创业能力培养 为核心的计算机专业实践 课程教学改 革 J . 计 算 机 教 育 ，2011 ，5 5王兰.高校计算机专业学生创新创业教育模式研究M.西南 交通大 学 硕 士 论 文 ，2011作者简介： 傅荣会（1978-），女，硕士，内江师范学院 计算 机 科 学 学 院 副 教 授 ，研究方向：计算机应用及相关教学。（上接第 149 页）态转变为转发状态，从而使 STP 网络快速收敛。 如果网络管理 员在配置交换机是，将用于连接其他交换机的某个端口也设置 为 PortFast，那 么当该端口被启用时会直接 进 入 转 发 状 态 ，从 而 导致网络中短时存在环路， 当环路中的数据流量相当大时，网 络会瘫痪。三、出现生成树协议故障的处理方法 1、网络结构分析整理。 在处理生成树协议故障前，要先整理清楚网络的拓扑结构 特别是的交换机的链路的端口信息，排除正常冗余链路以外的 物理连接，分析 STP 配置文档，列出根桥和阻塞端口。 2、排除双工不匹配故障和单链路故障。