STP[编辑]
简介
STP(Spanning Tree Protocol)是生成树协议的英文缩写。该协议可应用于环路网络,通过一定的算法实现路径冗余,同时将环路网络修剪成无环路的树型网络,从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。生成树协议适合所有厂商的网络设备,在配置上和体现功能强度上有所差别,但是在原理和应用效果是一致的。
技术原理
STP的基本原理是,通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文(在IEEE 802.1D中这种协议报文被称为“配置消息”)来确定网络的拓扑结构。配置消息中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。
Spanning Tree Protocol(STP)是一种二层链路协议,又称生成树协议,该协议在IEEE802.1D文档中定义。该协议的原理是按照树的结构来构造网络拓扑,消除网络中的环路,避免由于环路的存在而造成广播风暴问题。该协议使用BPDU报文传递生成树信息。
Spanning Tree Protocol(STP)的基本思想就是按照"树"的结构构造网络的拓扑结构,树的根是一个称为根桥的桥设备,根据设置不同,不同的交换机会被选为根桥,但任意时刻只能有一个根桥。由根桥开始,逐级形成一棵树,根桥定时发送配置报文,非根桥接收配置报文,并重新计算配置信息并转发,如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文,则说明从该交换机到根有不止一条路径,便构成了循环回路,此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞,消除循环。当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候,交换机认为端口的配置超时,网络拓扑可能已经改变,此时重新计算网络拓扑,重新生成一棵树。
功能介绍
生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的单点故障、网络回环,解决成环以太网网络的“广播风暴”问题,从某种意义上说是一种网络保护技术,可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。STP也提供了为网络提供备份连接的可能,可与SDH保护配合构成以太环网的双重保护。新型以太单板支持符合IEEE 802.1d标准的生成树协议STP及IEEE 802.1w规定的快速生成树协议RSTP,收敛速度可达到1s。
但是,由于协议机制本身的局限,STP保护速度慢(即使是1s的收敛速度也无法满足电信级的要求),如果在城域网内部运用STP技术,用户网络的动荡会引起运营商网络的动荡。目前在MSTP 组成环网中,由于SDH保护倒换时间比STP协议收敛时间快的多,系统采用依然是SDH MS-SPRING或SNCP,一般倒换时间在50ms以内。但测试时部分以太网业务的倒换时间为0或小于几个毫秒,原因是内部具有较大缓存。SDH保护倒换动作对MAC层是不可见的。这两个层次的保护可以协调工作,设置一定的“拖延时间”(hold-off),一般不会出现多次倒换问题。
VLAN对生成树的影响
L3,L4交换已经非常成熟。Internet中也越来越广泛地应用了交换技术,全交换网络已经非常普遍。在这些网络中,VLAN的使用是必不可少的。
VLAN是一个根据作用、计划组、应用等进行逻辑划分的交换式网络。与用户的物理位置没有关系。举个例子来说,几个终端可能被组成一个部分,可能包括工程师或财务人员。当终端的实际物理位置比较相近,可以组成一个局域网(LAN)。如果他们在不同的建筑物中,就可以通过VLAN将他们聚合在一起。同一个VLAN中的端口可以接受VLAN中的广播包。但别的VLAN中的端口却接受不到。
1、网络容错能力不强;
2、报文在环路网络中容易增生和无限循环;
3、不利在VLAN中实现流量负载均衡
生成树协议运行生成树算法(STA).生成树算法很复杂,但是其过程可以归纳为以下3个步骤:
(1)选择根网桥
(2)选择根端口
(3)选择指定端口
关于选择根网桥:选择根网桥的依据是网桥ID,网桥ID由网桥优先级和网桥MAC地址组成。网桥的默认优先级是32768.使用show mac-address-table时,显示在最前面的MAC地址就是计算时所使用的MAC地址。网桥ID值小的为根网桥,当优先级相同时,MAC地址小的为根网桥。
关于选择根端口:每个非根交换机选择一个根端口。选择顺序为:到根网桥最低的根路径成本→直连的(对端的)网桥ID最小→对端的端口ID最小。端口ID由端口优先级与端口编号组成。默认的端口优先级为128。
关于选择指定端口:每个网段上选择一个指定端口。选择顺序为:根路径成本较低→所在交换机的网桥ID值较小→本端口的ID值较小。另外,根网桥的接口皆为指定端口,因为根网桥上端口的根路径成本为0。
过程
生成树协议运行生成树算法(STA)。生成树算法很复杂,但是其过程可以归纳为以下三个部分。
(1)选择根网桥
(2)选择根端口
(3)选择指定端口(也有书籍称为转发端口)
选择根网桥的依据是交换机的网桥优先级,网桥优先级是用来衡量网桥在生成树算法中优先级的十进制数,取值范围是0~65535.默认值是32768,网桥ID=网桥优先级+网桥MAC地址组成的,共有8个字节。由于交换机的网桥优先级都是默认,所以在根网桥的选举中比较的一般是网卡MAC地址的大小,选取MAC地址小的为根网桥。
生成树协议的不足
1、拓扑收敛慢,当网络拓扑发生改变的时候,生成树协议需要50秒的时间才能完成拓扑收敛。
2、不能提供负载均衡的功能。当网络中出现环路的时候,生成树协议简单的将环路进行Block,这样改链路就不能进行数据包的转发,浪费网络资源。
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