生成树协议学习总结.doc

生成树学习总结1， 交换机的好处，和交换机所带来的问题，就是产生环路。交换机能够扩大网络直径，能让更多的网络直径参与到网络通信中来，但是交换机同时也带来了一个问题，就是会产生环路。2， 环路是如何产生的？交换机基本工作原理是，通过学习维护一个mac和端口对应的表格，交换机只对报文进行透传，不会像路由器那样，对报文添加标记，根据局域网的工作原理，这样就必然会导致环路的产生。如下图例子：如上图，我们假定终端A是第一次发消息，发出一个消息1发给B，根据局域网的工作原理，该消息会被交换机S1 S2 S3收到，S1透传出消息1，发给终端B，同时也会给该消息发给S2 S3，依次类推，在网络中形成的环路的信息会急剧的增加，迅速将网络堵死。3， 生成树协议概念的产生，生成树是如何避免环路的？802标准委员会，为了解决这个问题，提出了STP协议生成树的概念。生成树就是通过将一个物理上有环存在的网络中，通过逻辑上阻塞某些端口，将网络中存在的环拆解开，使整个网络在逻辑上是一种树状结构，并保证其数据传输的效率。对上图的说明：图中的每个矩形代表一个网桥，深颜色矩形为跟桥，也就是一棵树的根。深色端口为阻塞端口，也就是被生成树协议，根据一定的算法，所阻塞掉的端口。这样我们可以从这科树的根出发，走实线的路径，那么我们可以清晰的看到是一棵树的形状，这棵树没有环路。4， 介绍STP。bpdu包结构。其中各个字段的含义。生成树的基本原理，1，选择跟桥，在参与本局域网通信的所有网桥中，选择一个网桥作为根网桥，也就是树的根。2，选择根端口，根端口就是某一网桥通过该端口到达根网桥，路径开销最小。3，选择指定端口，端口优先级向量劣于根优先级向量的端口。生成树实现这一机制是通过相互发送BPDU消息来实现的，BPDU中携带一些生成树计算所需要的必要信息。如下BPDU格式：其中所包含的Root Identifier , Root Path Cost, Bridge Identifier, Port Identifier, 为生成树参与计算的重要元素。Root Identifier 由桥的优先级加mac组成Root Path Cost 根路径开销Bridge Identifier 桥标识Port Identifier 端口标识5，优先级向量，共有几个优先级向量？优先级向量是如何比较的？STP桥的优先级向量：优先级向量的组成成分如下，有如下几个优先级向量：优先级向量的比较：先比较RootBridgeID 如果RootBridgeID相等，比较RootPathCost，如果RootPathCost相等，比较DesignatedBridgeID，如果DesignatedBridgeID相等，比较DesignatedPortID，如果DesignatedPortID相等，比较BridgePortID。如果其中有一步不等，就选择较小的那个向量，小的为优。阻塞指定桥ID较大的端口。把指定端口较大的端口阻塞。把本地端口较大的端口，阻塞掉。6，一个网桥是如何进行优先级向量选择的？在网络刚刚启动的时候，每个网桥将自己作为根网桥，所以网桥ID92，从各个端口上发送优先级向量92 0 92。同时网桥也会收到其它网桥发过来的优先级向量，对所收到的优先级向量进行优先级比较。优先级最小的被选择作为根端口，消息优先级向量代替该端口的优先级向量，成为新的端口优先级向量，新获得的端口的优先级向量中，最小的那个做为根端口。从优先级向量中，根标识是41 而不是92 可以判断出本桥不是根桥，根端口的优先级向量为：41 12 111将根端口的优先级向量 的路径开销12 加上本端口的路径开销1 为13，所以：根路径优先级向量为：41 13 111本网桥的根路径优先级向量桥ID为41，本网桥ID为92，很显然，本网桥不是根网桥，所以：根优先级向量为：41 13 111将根优先级向量的指定桥ID 111，用本网桥的ID 92来代替，这样得到：指定优先级向量为：41 13 92将指定优先级向量和根端口以外的其它端口进行比较，如果指定优先级向量优于该端口向量那么该端口为指定端口，如果指定优先级向量差与该端口优先级向量，那么该端口为替换端口，blocking掉。7，故障处理。如果活动的链路发生故障怎么办呢？生成树算法提供了一种定时器策略，配置消息中携带了一个生存期的域值，根网桥从它的所有端口周期性的发送生存期为0的配置消息，收到配置消息的网桥也同样从自己的指定端口发送自己的生存期为0的配置消息。如果生成树的枝条出现故障，则这条链路下游的端口将不会收到新鲜的配置消息，自己的配置消息的生存期值不断增长，直至到达一个极限。该网桥将抛弃这个过时的配置消息，重新开始生成树计算。其中，定时发送的周期为hello time；配置消息的生存期为message age；最大生存期为max age。上图为选择根端口的过程，8，临时回路的处理图中显示了端口的五种状态的迁移关系。从图中我们可以看出来，当一个端口被选为根端口或指定端口，就会从blocking状态迁移到一个中间状态listening状态；经历forward delay的延时，迁移到下一个中间状态learning状态；再经历一个forward delay延时，迁移到forwarding状态。当一个端口由于拓扑发生改变不再是根端口或指定端口了，就会立刻迁移到blocking状态。并且，处于任何状态的端口都可能因为端口可用或者不可用变成disabled状态。从listening迁移到learning，或者从learning迁移到forwarding状态，都需要经过forward delay延时，通过这种延时迁移的方式，能够保证网络中需要迁移到discarding状态（即为胶片中的Blocking状态）的端口已经完成了迁移，因此能够有效的避免临时环路的形成。9，拓扑改变中的一些处理网桥通过“学习”了解站点信息，并把它保持在地址表中。由于站点可以被移动，因而网桥应该能够将某些站点老化，除非这个站点能够不断被证明仍然存在。站点信息的老化是通过站点信息在一段时间内没有重新确认而导致超时来实现的。如果站点位置的改变是由于站点物理上被移动了，则我们可以将站点信息老化时间以分钟为数量级，这是因为拔下某个站点的插头，再移动这个站点（物理上移动），然后再插上插头到站点可以开始工作，很可能花掉十几分钟时间。而且被移动的站点可以通过某种策略，以尽快开始工作。例如，它们可以向广播地址发送包。当所有的网桥看到从源S 发来的包后，它们将修正到S 的条目。基于上面考虑，一般将站点信息的老化时间设为15分钟。然而，重新生成一棵生成树会改变多个站点的位置。而且这种逻辑上的位置改变站点本身是无法主动觉察到的，因此也就不能通过某种特殊机制（如发广播包）来修正站点的地址信息。让很多站点在拓扑结构改变了1 5 分钟之后都不能被访问是不大现实的。因此，如果地址表的老化时间值大于生成树重新计算所需的时间，我们认为需要有两个缓冲区超时值：1) 一般情况下使用的较长值（较大值）。2) 生成树重新计算后使用的较短的缓冲区超时值。当站点的物理位置发生变化，网桥学习到的地址信息可能就不正确了，所以每条学习到的地址信息有一个生存期，如果在生存期内没有报文来确认这条地址是正确的，就丢弃它。大家可以想象到，如果站点的物理位置变化，比如把一台终端设备从一个接入端口拔下来，再插到另一个端口上，肯定会花费比较长的时间，那么这段时间就不会发送任何报文，它的地址信息就会因此而从网桥的地址表中删除掉。所以这种情况中的地址信息生存期可以是一个比较长的值。但是当生成树的拓扑发生变化，站点的相对位置也可能会相应的变化。比如图中，LANC上的站点对于根网桥来说，本来是端口1所在网段的；后来LANA的链路出现故障，导致生成树重新计算并为网桥B2选择了一条新的通往根桥的路径，这个时候LANC上的站点对于根网桥来说就转移到了端口2所在网段上。如果在很长一段时间内根网桥没有发现这个变化，就会将给LANC的报文从端口1转发出去，而真正的目的地可能会收不到这些报文。怎么办呢？我们的解决办法是给每条学习到的地址信息加上一个较短的生存期。在网桥发现拓扑变化期间，站点的相对位置变化的可能性最大，所以用这个较短的生存期来限制地址表项。这时您可能会问，为什么不担心站点的物理位置变化会导致很长时间收不到报文呢？很简单，因为站点物理位置变化期间是不需要收到任何报文的。但是问题又来了，并不是桥接网络中的所有网桥都会发现拓扑已经改变了的。比如上一页图中，B2的局部变化对网络的其他部分没有什么影响，网桥B1、B3和B4可能根本就没有意识到生成树已经和从前不同了，因为对这些网桥来说，各个端口的状态没有任何变化，链路也是正常畅通的。不同的只是LANC的相对位置，可是这一点只有LANC上的站点发送报文的时候才能被发现，而没有发送之前这些网桥都错误地用旧地址转发表项来转发到LANC的数据，所以有必要让网络中的所有网桥都意识到：网络拓扑已经变化了！地址转发表项可能已经出现异常了！必须给那些学习到的地址表项设置较短的生存期！这就是生成树协议中拓扑改变报文的用途。拓扑改变报文有三种：拓扑改变通知消息，拓扑改变应答消息，拓扑改变消息。下面分别来介绍一下三种报文的含义：(1) 拓扑改变通知消息：发现拓扑改变的网桥从根端口以hello time为周期定时向根网桥的方向发送拓扑改变通知消息，每一个收到这个通知消息的非根网桥也同样要向根桥的方向发送这个消息。这个消息是一个格式比较特殊的报文，它没有数据项，只需要让根知道拓扑改变即可。(2) 拓扑改变应答消息：收到拓扑改变通知消息的网桥如果不是根网桥需要响应一个拓扑改变应答消息，收到应答消息的网桥就知道了：哦，你已经收到我的通知消息，那我就停止发送通知消息吧。这个消息是携带在该网桥发送的下一个配置消息中，用一个拓扑改变应答标志位来标识。(3) 拓扑改变消息：根网桥收到拓扑改变通知消息，或者自己发现拓扑改变之后，则在一个时间段内，在以hello time为周期定时向其他网桥发送的配置消息中，携带一个拓扑改变的标志位。收到这个消息的网桥将会应用那个较短的地址表项生存期，直到收到的配置消息中不再有这个标志。上图中显示了拓扑改变通知的全过程。10，生成树协议的不足11，RSTP协议的改进1， 旧根端口知道自己不是根了，进入阻塞状态，新根端口连接的指定端口是转发状态，那么新根端口立即进入转发状态。2， 如果新根端口所连接的指定端口等待变成转发状态，向下游发送握手请求报文，下游如果回复了，端口就可以无延时进入转发状态。3， 边缘端口 可直接进入转发状态，不需要延迟。两点说明：1，点对点链路，2，相应握手的网桥要阻塞其它非边缘端口，并通过这些端口扩散握手消息。这三种改进，大大提高了生成树的性能。上图为，快速生成树的端口角色。生成树的标志位。幻灯片上的两个端口改变的动画：Rapid Transition 1如上边的端口原来是替换端口，右边的端口为根端口，处于转发状态，网络发生变化上边的端口变成了新的根端口，右边的端口转变成指定端口，也是近根端口。此时新的根端口处于阻塞状态，新的根端口要变成转发状态，所以上边的端口通知本交换机的其它端口进行reboot。当近根端口接受到这个指示的时候，如果它原来是转发状态的，那么，要等到近根端口的rrwhile定时器到期，新的根端口才能变成learn 然后变成 forward。Rapid Transition 2左边的端口原为替换端口，右边的端口原为更端口，网络发生变化，左边的端口成为新的根端口，右边的端口变为替换端口，同时也被阻塞。此时新的根端口想要变为转发状态，向本交换机其它的各个端口发送reroot消息，近根端口是阻塞状态，近根定时器rrwhile会被设置为0，那么新的根端口会立即变为转发。握手的一个动画 参考802.1Q文档上的流程图形。Updating FDB拓扑改变1新的开始变为转发的端口发送TC报文，阻塞端口flash FDB表，但不向外传播拓扑改变消息，拓扑改变消息从根端口和指定端口向外传播。拓扑改变2如有设备为STP设备时。12，快速生成树与生成树的其它的不同。协议版本号不同 0 2端口状态转换方式不同配置消息报文格式不同拓扑改变消息传播方式不同，用的TC，并且不用ack。上图为RSTP的包格式。13，快速生成树的弱点，当网络规模较大的时候，不能快速收敛，网络性能变慢，建议的网络直径不能超过七，根据快速生成树有这样的缺点，提出了多生成树。14，多生成树的改进。1， 划分多个域。三种唯一确定一个域，a,设备名字b,修正级别c,实例和vlan的对应map用MD5加密算出唯一一个配置摘要。#一个网络拓扑可划分成多个域，每个域都是一颗生成树，同时一颗生成树对应多个实例。#把每一个域算成一个节点，所有节点构成一颗大的CIST树，这颗大的树用的也是RSTP的算法。 2， 同一个域对应多个实例。#域内，有一个内部CIST树，即为实例0。#在一个域内有多个MSTI生成树实例，每一个MST实例就是一个RSTP树。#多生成树引入了VLAN的概念，应用不同的VLAN对应不同的实例。这里可以划一个拓扑图进行举例说明，可用实际工作中的拓扑的图形，根不同，端