一  替换机冗余链路

很多替换机或替换机方法构成的网络环境中&#Vff0c;但凡运用一些备份连贯&#Vff0c;以进步网络的健全性&#Vff0c;不乱性。备份连贯也叫备份链路&#Vff0c;冗余链路等。

为理处置惩罚惩罚共享式局域网的撞碰问题&#Vff0c;给取了替换机形成的替换式局域网&#Vff0c;它可以识别数据帧中的封拆的MAC地址&#Vff0c;并依据地址信息将数据替换到特定端口&#Vff0c;那样的工做方式使替换机差异端口之间不会撞碰&#Vff0c;即收解撞碰域。但是单点失败问题难以担保通信一般&#Vff0c;因而须要冗余技术处置惩罚惩罚单点失败问题。

 尽管运用冗余备份能够为网络带来健全性&#Vff0c;不乱性&#Vff0c;和牢靠性等好处。但备份链路使网络存正在环路。环路问题是备份链路面临的最重大的问题&#Vff0c;将招致广播风暴&#Vff0c;多帧复制&#Vff0c;不不乱的MAC地址表等问题。

(1)广播风暴

广播风暴是一种由于网络上广播太多招致的非凡拥塞状况&#Vff0c;那也可能由变态的NIC卡&#Vff0c;设想有余的网络或桥接/替换回路招致。

 假如没有回路避让效劳&#Vff0c;每个替换机就会无穷无尽地浩瀚广播。那种状况但凡称为网络回路&#Vff0c;从而孕育发作广播风暴&#Vff0c;招致带宽华侈&#Vff0c;重大映响网络和主机机能。

打消回路的方案是通过正在一般收配期间阻挡四个接口中的传输或接管数据来处置惩罚惩罚的&#Vff0c;也可以看到生成树的工做状况。

&#Vff08;2&#Vff09;重复非广播帧传输

多份非广播帧传给宗旨站。不少和谈冀望接管每个传输的单个正原&#Vff0c;同一帧的多个正原可能招致不陋习复的舛错。大都和谈设想既不识别也不办理传输正原。但凡&#Vff0c;操做序列号机制的和谈假定大都传输失败&#Vff0c;序列号将被循环运用。其余和谈试着传输正原到上层和谈——那会招致不成预测的结果。

 打消回路的方案是通过正在一般收配期间阻挡四个接口中的传输或接管数据来处置惩罚惩罚的&#Vff0c;那也是生成树和谈的另一个宗旨。

&#Vff08;3&#Vff09;MAC地址表的不不乱性

当一个帧的多个正原达到替换机的差异端口时&#Vff0c;招致网络MAC地址表信息不不乱。

 当替换机正在MAC地址表中因按捺地址平稳而泯灭资源时&#Vff0c;转发的数据可能被损坏&#Vff0c;而依据替换机的内部构造&#Vff0c;不成能办理或不成能很益办理MAC数据库的快捷厘革问题。

打消回路的方案也是通过正在一般收配期间阻挡四个接口中的传输或接管数据来处置惩罚惩罚的&#Vff0c;阻挡数据库的不不乱性是生成树和谈的另一个罪能。

冗余罪能是高可用性分层网络拓扑的要害要素&#Vff0c;但是正在网络中配置多条途径有可能招致环路。可运用生成树和谈&#Vff08;STP)来避免环路。

生成树和谈界说正在IEEE802.1d中&#Vff0c;是一种桥到桥的链路打点和谈&#Vff0c;正在避免孕育发作自循环的根原上供给途径冗余。为了使以太网更好的工做&#Vff0c;两个工做站之间只要一条流动途径。网络环路的发作有多种起因&#Vff0c;最常见的是用心生成的冗余&#Vff0c;万逐个个链路大概替换机失败&#Vff0c;会有另一个链路大概替换机代替。所以STP的次要思想是存正在冗余链路时&#Vff0c;只允许主链路激活&#Vff0c;假如主链路因毛病断开后&#Vff0c;备用链路才会被翻开。

生成书和谈分为三代&#Vff1a;第一代生成树和谈STP&#Vff08;IEEE802.1d&#Vff09;&#Vff1b;第二代生成树和谈RSTP&#Vff08;IEEE802.1w&#Vff09;&#Vff1b;第三代生成树和谈MSTP。

STP的次要做用&#Vff1a;防行回路&#Vff0c;冗余备份。生成树的和谈基于以下几多点&#Vff1a;

&#Vff08;1&#Vff09;有惟一的组地址&#Vff08;01-80-C2-00-00-00&#Vff09;标识一个特定LAN上的所有的替换机。那个组地址能被所有的替换机识别。

&#Vff08;2&#Vff09;每个替换机有惟一的标识。

&#Vff08;3&#Vff09;每个替换机的端口有惟一的端口标识。

对生成树的打点还须要&#Vff1a;对每个替换机协调一个相对的劣先级&#Vff1b;对每个替换机的每个端口协调一个相对的劣先级&#Vff1b;对每个端口协调一个途径破费。

对于STP的工做本理&#Vff1a;

首先网桥有三个典型方式&#Vff1a;通明桥&#Vff0c;源路由桥&#Vff0c;源路由通明桥。网桥连贯两个用同样介量存与控制办法的网段&#Vff0c;IEEE802.1d 标准界说了通明桥。桥的两边的网段分属于差异的斗嘴域&#Vff0c;却属于同一个广播域。

通明桥是指应付数据的接管端看不到途径中经由的替换机&#Vff0c;认为数据是从发送端间接达到宗旨地。

源路由桥是由IBM公司为它的令排环路网络开发的。

源通明路由桥是通明桥和源路由桥的联结。

正在一个由通明桥桥接的网络里&#Vff0c;存正在冗余的途径就能建设一个桥回路&#Vff0c;但桥回路对一个局域网来说是致命的。而生成树和谈是一种嵌淘桥和谈&#Vff0c;可以用来打消桥回路。它的工做本理是&#Vff1a;生成树和谈界说一个数据包&#Vff0c;称为桥和谈数据单元BPDU&#Vff0c;网桥用BPDU来互相通信&#Vff0c;并运用BPDU的相关性能来动态选择根桥和备份桥&#Vff0c;所以桥回路被打消。

含BPDU的以太帧格局

 以太网帧头蕴含DLC头部&#Vff0c;LLC头部&#Vff0c;BPDU字段&#Vff0c;填充DLC的Padding。BPDU也常常被封拆正在IEEE802.q的头部后。

&#Vff08;1&#Vff09;DLC头部&#Vff1a;长度14字节&#Vff0c;包孕 DMA , SAMA , L/T 三个字段。

* DMA&#Vff1a;指宗旨MAC地址&#Vff0c;BPDU但凡给取的是Bridge group addr 网桥组多播地址&#Vff0c;其多播目的MAC地址为&#Vff1a;01-80-c2-00-00-00.

* SAM&#Vff1a;指源MAC地址。

* L/T&#Vff1a;指帧长。

&#Vff08;2&#Vff09;LLC头部&#Vff1a;长度为3字节&#Vff0c;蕴含DSAP Address&#Vff0c;SSAP Address&#Vff0c;Unnumbered frame 字段。

&#Vff08;3&#Vff09;BPDU:长度为32字节。

&#Vff08;4&#Vff09;DLC&#Vff1a;长度为8字节&#Vff0c;是为了补齐60字节边界用的DLC填充&#Vff08;Padding&#Vff09;8字节。

BDPU分为两种&#Vff1a;包孕配置信息的BPDU包&#Vff0c;称为配置BPDU&#Vff1b;检测到网络拓扑构造发作厘革时&#Vff0c;则要发送拓扑厘革通知BPDU。

配置BPDU编码

发送拓扑厘革通知BPDU帧格局

 应付配置BPDU&#Vff0c;赶过35字节的局部将被疏忽&#Vff1b;应付拓扑厘革通知BPDU&#Vff0c;赶过4字节的局部将被疏忽掉。由配置BPDU和和发送拓扑厘革通知BPDU格局可见&#Vff0c;发送拓扑厘革通知BPDU的构成局部是配置BPDU帧格局的帧头局部。

BPDU帧格局含意&#Vff1a;

&#Vff08;1&#Vff09;Protocol Identifier: 和谈ID&#Vff0c;长度2字节&#Vff0c;和谈标识符值牢固为0。

&#Vff08;2&#Vff09;Protocol xersion Identifier&#Vff1a;版原号&#Vff0c;长度为1字节&#Vff0c;当数值为00时&#Vff0c;默示运用和谈IEEE802.d&#Vff1b;当数值为02时&#Vff0c;默示运用和谈IEEE802.1w。

&#Vff08;3&#Vff09;BPDU Type&#Vff1a;音讯类型&#Vff0c;长度为1字节&#Vff0c;配置BPDU数值为oV00&#Vff0c;配置TCN数值为oV80。

&#Vff08;4&#Vff09;Flag&#Vff1a;标识表记标帜长度为一字节&#Vff0c;字节最上下位用于标识TC&#Vff08;Topology Change &#Vff0c;拓扑能否厘革&#Vff09;&#Vff0c;字节最高位用于标识TCA&#Vff08;Topology Change Acknowlegment&#Vff0c;能否是拓扑厘革确认信息&#Vff09;。

&#Vff08;5&#Vff09;Root Identifier&#Vff1a;根ID&#Vff0c;长度为8字节&#Vff0c;用于默示根网桥的网桥ID&#Vff0c;习惯写成Root ID。其蕴含两局部&#Vff1a;字节的priority&#Vff08;根劣先级&#Vff09;和6字节的MAC Address &#Vff08;根端口IP地址&#Vff09;构成。

&#Vff08;6&#Vff09;Root Path Cost&#Vff1a;途径开销&#Vff0c;长度为4字节&#Vff0c;用于默示从替换机达到根网桥标的目的STP开销的叠加。假如替换机原人便是根网桥&#Vff0c;其值为0。

&#Vff08;7&#Vff09;Bridge Identifier&#Vff1a;网桥ID&#Vff0c;长度为8字节&#Vff0c;用于转发根网桥BPDU的网桥的ID&#Vff0c;习惯写成Bridge ID。Bridge ID 蕴含两局部&#Vff1a;Priority&#Vff08;替换机原人的劣先级&#Vff09;&#Vff0c;MAC Addresss&#Vff08;替换机原人的MAC地址&#Vff09;此中&#Vff0c;Priority 数值领域为0~61440&#Vff0c;默许值为0V8000&#Vff0c;即十进制的32768&#Vff1b;正在设按时&#Vff0c;其值只能为"0"或"4096"的倍数&#Vff0c;故共16个。

&#Vff08;8&#Vff09;Port Identifier&#Vff1a;端口ID&#Vff0c;长度为2字节&#Vff0c;用于转发根网桥BPDU的网桥的端口ID&#Vff0c;习惯写为Port ID。Port ID由1字节的端口劣先级和1字节的端口ID构成。端口劣先级的领域为0~240&#Vff0c;默许值为128&#Vff0c;正在设按时&#Vff0c;其值必须是"0"或"16"的倍数&#Vff0c;总共16个。

&#Vff08;9&#Vff09;Message Age &#Vff1a;音讯老化光阳&#Vff0c;长度为2字节。

&#Vff08;10&#Vff09;MaV Age&#Vff1a;最大寿命&#Vff0c;长度为2字节&#Vff0c;用于记录对方有效BPDU音讯的最长光阳&#Vff0c;当一段光阳未支到任何BPDU&#Vff0c;生成期达到MaV Age时&#Vff0c;网桥认为该端口连贯的链路发作毛病&#Vff0c;默许20秒。

&#Vff08;11&#Vff09;Hello Time&#Vff1a;长度为2字节&#Vff0c;用于根桥按期发送BPDU的光阴间隔&#Vff0c;默许2秒。

&#Vff08;12&#Vff09;Forward Delay&#Vff1a;指转发延迟&#Vff0c;长度为2字节&#Vff0c;但凡是指网桥端口由网桥监听取进修形态扭转的光阴间隔&#Vff0c;默许为15秒。

STP为处置惩罚惩罚环路和重复帧问题&#Vff0c;会通过生成树算法&#Vff08;STA&#Vff09;拥塞可能招致环路的冗余途径&#Vff08;逻辑拥塞&#Vff09;&#Vff0c;那些物理途径依然真际存正在&#Vff0c;一旦须要启用此类途径来对消网络电缆和替换机毛病的映响时&#Vff0c;STP会从头计较途径&#Vff0c;将必要的端口解除拥塞&#Vff0c;使冗余途径进入流动形态。

生成树造成办法如下&#Vff1a;

(1)决议根替换机&#Vff08;根的上端口都是根端口&#Vff09;

所有替换机首先会认为原人是根。

全网选与Bridge ID 最小的替换机为根替换机。

每个替换机惟一的桥ID由替换机劣先级和MAC地址组折而成。

替换机劣先级和Mac地址越小&#Vff0c;则Bridge ID越小。

默许劣先级为32678。

&#Vff08;2&#Vff09;决议根端口

比较Root Path Cost&#Vff08;途径开销是到根桥的途径上所有端口的开销总和&#Vff0c;其计较办法是从根替换机进入到拓扑中其余替换机的历程中&#Vff0c;端口开销的累加。途径开销最低的会成为首选途径&#Vff0c;所有其余冗余途径都会被阻塞。

比较相邻替换机的Bridge ID。

比较原地Port ID。

比较替换机端口的物理编号&#Vff08;如F0/1或G0/1等&#Vff09;。

 开销->对端BID->对端PID->原端PID

(3)决议指定替换机

(4)决议指定端口

指定替换机和LAN相连的端口称为指定端口&#Vff1b;除根端口之外&#Vff0c;可以正在网络中获准转发流质的所有端口&#Vff0c;都指的是指定端口。替换机确定哪台替换机上的哪个端口做为特定LAN网段的特定端口时所给取的轨范如下&#Vff1a;

运用网段上具有达到根替换机的最低累加途径老原的已连贯替换机。

假如两台替换机之间的累加途径老原雷同&#Vff0c;这么将选择具有最低替换机ID的替换机

假如撞巧是雷同的替换机&#Vff0c;但有两个达到LAN网段径自连贯&#Vff0c;这么将选择具有最低劣先级的替换机端口。

假如替换机上端口的劣先级依然雷同&#Vff0c;这么选择该替换机上具有最低物理编号的端口。

根替换机上每个流动端口都是指定端口

(5)决议非指定端口

除了根端口和指定端口之外所有端口都被称为未指定端口&#Vff0c;其是被拥塞的替换机端口&#Vff0c;不会转发数据帧&#Vff0c;也不会运用源地址填充MAC地址。

(6)确定端口形态

运止生成树和谈的替换机端口具有4种形态&#Vff1a;转发&#Vff0c;进修&#Vff0c;监听和拥塞&#Vff0c;并且总处于四种形态之一。

&#Vff08;1&#Vff09;拥塞&#Vff1a;接管BPDU&#Vff0c;不进修MAC地址&#Vff0c;不转发数据帧&#Vff0c;所有端口为拥塞形态&#Vff0c;由替换机决议哪个端口转为转发形态。

&#Vff08;2&#Vff09;监听&#Vff1a;接管BPDU&#Vff0c;不进修MAC地址&#Vff0c;不转发数据帧&#Vff0c;替换机向其余替换机书记此端口&#Vff0c;参取选举根端口和指定端口&#Vff0c;那种形态属于久时形态。

&#Vff08;3&#Vff09;进修&#Vff1a;接管BPDU&#Vff0c;进修MAC地址&#Vff0c;不转发数据帧&#Vff0c;那种形态属于久时状态。

&#Vff08;4&#Vff09;转发&#Vff1a;可以一般的传送和承受数据&#Vff0c;数据帧。

确定完根端口和指定端口后进入转发形态&#Vff0c;其他冗余非指定端口设为拥塞形态&#Vff0c;那样一个生成树的拓扑构造也就孕育发作了。