第三章_数据链路_生成树

第三章 数据链路层 生成树 冗余网络拓扑 网段1 网段2 服务器 主机X 路由器Y 冗余拓扑消除了由于单点故障所引致的网络不通问题冗余拓扑却带来了广播风暴 重复帧和MAC地址表不稳定的问题 广播 交换机A 交换机B 主机X发送一广播信息 网段1 网段2 主机X 路由器Y 广播风暴 广播 广播风暴 交换机A 交换机B 主机X发送一广播信息 网段1 网段2 路由器Y 主机X 广播 交换机不停地发出广播信息 广播风暴 交换机A 交换机B 网段1 网段2 路由器Y 主机X 重复帧 单点帧 主机X发关一单点帧给路由器Y路由器Y的MAC地址还没有被交换机A和B学习到 交换机A 交换机B 网段1 网段2 路由器Y 主机X 主机X发送一单点帧给路由器Y路由器Y的MAC地址还没有被交换机A和B学习到路由器Y会收到同一帧的两个拷贝 交换机A 交换机B 网段1 网段2 路由器Y 重复帧 主机X 主机X发送一单点帧给路由器Y路由器Y的MAC地址还没有被交换机A和B学习到交换机A和B都学习到主机X的MAC地址对应端口0 端口0 端口1 端口0 端口1 交换机A 交换机B 网段1 网段2 路由器Y MAC地址表不稳定 主机X 到路由器Y的数据帧在交换机A和B上会泛洪处理交换机A和B都错误学习到主机X的MAC地址对应端口1 交换机A 交换机B 网段1 网段2 路由器Y MAC地址表不稳定 端口0 端口1 端口0 端口1 主机X 更复杂的拓扑结构可能导致多重回路在第2层没有能够防止这种回路的机制 服务器 主机 工作站 回路 回路 回路 多重回路问题 冗余拓扑却带来了广播风暴 重复帧 MAC地址表不稳定的问题如何解决 采用生成树算法的技术来解决 回路的解决办法 生成树协议 STP 将某些端口置于阻塞状态就能防止冗余结构的网络拓扑中产生回路 生成树算法 生成树算法利用了一个基本的来自于图论的结论 对于那些由许多节点以及连接节点的边组成的连通图 存在一个生成树 它保证了图的连通性 同时又没有一个闭合环 算法必须是动态的 也就是说 当拓扑结构改变时 桥应该能够发现它的改变 并且检测回路 通过关闭某些网桥的端口来自动生成一个新的生成树 先定义几个概念 路径花费根端口根路径花费选取桥 选取端口桥协议数据单元 BPDU 为了构建一个生成树 首先决定根桥和选取桥然后决定所有其它非根桥的根端口 最后决定每个LAN的选取端口 开始所有桥都认为自己是根桥 每个桥都会在它连接的每个LAN上广播一个BPDU来宣告这个信息 其他桥收到该BPDU后 比较根桥ID的大小 如果新的根桥更小 则更新根桥BID 否则发送一BPDU给新启动的桥 新的桥将更新根桥 注明 桥协议数据单元 BPDU 例子 用三元组来表示一个BPDU消息 Y D X 表示桥X发送的BPDU消息 其中到根桥Y的花费为D 假设所有网桥开始加电 都宣称自己是根桥 例子 B3收到B2来的BPDU消息 B2 0 B2 因为2 3 因此B3接受B2为根桥 例子 B3转发该BPDU 在转发时更新路径花费 因此B3往LANA转发BPDU B2 1 B3 该BPDU将被B5收到 例子 同时这个时候B2收到B1来的BPDU消息 发现B1的BID更小 因此接受B1为根桥同时往LANC转发BPDU消息 B1 1 B2 该BPDU将被B3接收 例子 B5也收到B1发送的BPDU 接受B1为根桥 例子 B5会把刚收到的BPDU转发给LANA B3会收到 B1 1 B5 B3接受B1为根桥 并且发现B2和B5都更靠近B1 停止转发消息 如果收到一个BPDU 还要比较BPDU中的路径花费和桥以前了解到的到同一个根桥的根路径花费 如果新的BPDU具有更小路径花费 则说明自身不是该端口直接连接的LAN的选取桥 如果路径花费相同 则比较BPDU中的桥BID和自身的桥BID BID更小的桥将作为选取桥 桥识别码 BID 桥优先级 桥MAC地在任一LAN中 宣称最靠近根的桥 具有最少的到根桥的路径花费的桥 成为选取桥 知道了选取桥 也就知道选取端口 如果选取桥有多个端口连接到该LAN 则把具有更小端口号的端口作为选取端口 根桥本身也是选取桥 BID 桥识别码 连接速率代价 修订的IEEE规范 代价 旧IEEE规范 10Gbps211Gbps41100Mbps191010Mbps100100 路径代价 生成树运作 每个网络只能有一个根桥 根桥具有最低的桥ID 根桥上的所有端口都是选取端口 不是根桥的称为非根桥每段 LAN 中都一个网桥被选为选取桥 具有最少到根桥路径花费的网桥 对于所有根桥连接的LAN而言 根桥就是选取桥每个非根桥只能有一个根端口 根端口到达根桥所花代价最低每段 LAN 只能有一个选取端口 选取端口到达根桥所花代价最低 对于根桥上的端口而言 它们都是选取端口 SWX SWY 100baseT 10baseT 交换机Y缺省的优先级32768 8000十六进制 MAC0c0022222222 交接机X缺省的优先级32768 8000十六进制 MAC0c0011111111 根桥 有最低桥识别码的桥桥识别码 BID 桥优先级 桥MAC地址例中 哪个交换机的桥识别码最低 非根桥 X Y Rootbridge 端口0 端口1 端口0 端口1 100baseT 10baseT 端口状态 每个非根桥有且仅有一个根端口forwarding 转发 根端口到达根桥所花代价 优先级 MAC地址 Port 最小 从左到右依次比较 根端口和选取端口一般处于forwarding 转发 状态非选取端口一般是blocked 阻塞 状态 根桥 每个网络只能有一个根桥 根桥具有最低的桥ID 根桥上的所有端口都是选取端口 不是根桥的称为非根桥每段 LAN 中仅一个网桥被选为选取桥 具有最少到根桥路径花费的网桥 对于所有根桥连接的LAN而言 根桥就是选取桥每个非根桥只能有一个根端口 根端口到达根桥所花代价最低每段 LAN 只能有一个选取端口 选取端口到达根桥所花代价最低 对于根桥上的端口而言 它们都是选取端口 x 选取端口 F 根端口 F 选取端口 F 非选取端口 B SWX SWY 100baseT 10baseT 选取桥 根桥 非根桥 交换机YMAC0c0022222222缺省的优先级32768 交换机XMAC0c0011111111缺省的优先级32768 端口0 端口1 端口0 端口1 交换机ZMac0c0011110000缺省的优先级32768 端口0 请指出 根桥根端口 选取端口和非选取端口 选取端口和非选取分别是转发还是阻塞状态 100baseT 100baseT 生成树 交换机YMAC0c0022222222缺省的优先级32768 交换机XMAC0c0011111111缺省的优先级32768 端口0 端口1 端口0 端口1 交换机ZMac0c0011110000缺省的优先级32768 端口0 100baseT 100baseT 生成树 根桥 非根桥 非根桥 交换机YMAC0c0022222222缺省的优先级32768 交换机XMAC0c0011111111缺省的优先级32768 端口0 端口1 端口0 端口1 交换机ZMac0c0011110000缺省的优先级32768 端口0 100baseT 100baseT 生成树 根桥选取桥 非根桥选取桥 非根桥 交换机YMAC0c0022222222缺省的优先级32768 交换机XMAC0c0011111111缺省的优先级32768 端口0 端口1 端口0 端口1 交换机ZMac0c0011110000缺省的优先级32768 端口0 100baseT 100baseT 生成树 根桥选取桥 根端口 根端口 非根桥选取桥 非根桥 交换机YMAC0c0022222222缺省的优先级32768 交换机XMAC0c0011111111缺省的优先级32768 端口0 端口1 端口0 端口1 交换机ZMac0c0011110000缺省的优先级32768 端口0 100baseT 100baseT 生成树 根桥选取桥 根端口 根端口 选取端口 非根桥选取桥 非根桥 选取端口 交换机YMAC0c0022222222缺省的优先级32768 交换机XMAC0c0011111111缺省的优先级32768 端口0 端口1 端口0 端口1 交换机ZMac0c0011110000缺省的优先级32768 端口0 100baseT 100baseT 生成树 根桥选取桥 根端口 根端口 选取端口 非选取端口 阻塞 非根桥选取桥 非根桥 选取端口 生成树会将每个端口的状态作以下变换 生成树端口状态 生成树重新生成 生成树重新生成 SwitchX出故障了 SwitchY在最多20秒后会发现从SwitchX来的BPDU信号消失 于是就重新计算STP 网络恢复后 SwitchY将会是根桥 而且它的所有端口都会处于转发状态 Designatedport 交换机YMAC0c0022222222缺省优先级32768 交换机XMAC0c0011111111缺省优先级32768 端口0 端口1 端口0 端口1 10baseT 100baseT RootBridge BPDU x MAXAGE x 生成树重新生成 选取端口 D 根桥 选取端口 D 100Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 确定根桥 100Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 每个非根桥都有一个根端口 剩下全是非根桥 根桥 100Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 确定选取桥1 根桥就是和它相连LAN的选取桥 根桥 根端口 根端口 根端口 根端口 根端口 根端口 100Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 确定选取桥2 具有最少到根桥路径花费的网桥 根桥 选取桥 根端口 根端口 根端口 根端口 根端口 根端口 确定选取桥2 每段LAN中仅一个网桥被选为选取桥 100Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 确定选取端口 通过该端口 网段到达根桥所花代价最低 根桥 选取桥 根端口 根端口 根端口 根端口 根端口 根端口 选取桥 选取桥 选取桥 确定选取端口 每段 LAN 只能有一个选取端口 100Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 剩下的被阻塞的非选取端口 根桥 选取桥 根端口 根端口 根端口 根端口 根端口 根端口 选取桥 选取桥 选取桥 选取端口 选取端口 选取端口 选取端口 选取端口 选取端口 选取端口 选取端口 100Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 10Mb s 100Mb s 100Mb s 10Mb s 根桥 选取桥 根端口 根端口 根端口 根端口 根端口 根端口 选取桥 选取桥 选取桥 选取端口 选取端口 选取端口 选取端口 选取端口 选取端