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Cisco 课件 制作：李瀚晨 高梦目录 7.2生成树协议 Cisco… 7.2.1生成树协议背景 冗余可以防止网络单点故障，但是也出现前面所说的物理环路导致广播风暴、重复帧、MAC地址不稳定的问题。生成树协议（STP，Spanning，Tree Protocol）就为解决这个问题而诞生了，他将交换网络中有环路的物理拓扑变成无环的逻辑拓扑。 如图7-4所示，物理上的环路在逻辑上阻断，解决物理环路引起的问题 最初生成树协议有Radiator Periman指定，并在1990年成为IEEE802.1D标准。生成树协议有一些发展，将在后面进行介绍。在IEEE802.1D中对二层设备成为网桥（Bridge），由于技术的不断发展，现在被交换机（Switch）取代。交换机和网桥的基本功能是一样的，一般来说网桥的端口比交换机少。下面所介绍的IEEE802.1D标准使用了网桥这个名词，网桥这个名词在此可以用交换机互换。 7.2.2 802.1D工作原理 STP通过执行STA（Spanning-Tree Algorithm，生成树算法）算法，来避免二层环路。为了找到冗余链路，STA需要在网络中选择一个参考点，然后确定到该参考点的冗余路径，这个参考点被称为生成树的根。如果STA发现有冗余拓扑，那么将按照一定的规则选择到达根网桥的单条路径，同时阻断所有其他冗余路径。这个规则为选择根网桥的最低路径开销（cost）的链路，路径开销是两个网桥间的路径上所有链路的开销之和，也就是某个网桥到达根网桥的中间所有链路的路径开销之和。 IEEE所规定的标准路径开销如表7-1所示： 当所有网桥的端口都转变为转变（forwarding）或者阻塞（blocking）状态，就达到了STP的收敛。 在一个物理上有环路的拓扑，要达到逻辑无环的收敛，STP要执行以下3个步骤。 1）选举一个根网桥（root bridge）。STP首先要选择一个根网桥，在一个给定的网络中只能有一个根网桥。 2）在非根网桥上选举根端口。网络中只有一个根网桥，其他桥都叫给根网桥。STP在非根网桥上建立一个根端口。根端口是从非根网桥到根网桥的最低开销的那条路径。根端口通常处转发状态。根端口可以使用所接受侦的源MAC地址填充MAC表。一个网桥只能有一个根端口。 3）在每个网段中选择指定端口。指定端口是在拥有到根网桥最低花费路径的网桥上选举的。指定端口存在与根网桥和非根网桥上。根网桥上所有的端口都是指定端口（designated ports）。指定端口通常处于转发状态，处于转发状态的端口可以接受和发送数据帧。而对于非根网桥，指定端口是指根据需要接收帧或向根网桥发帧的交换机端口。一个网段只能有一个指定端口。如果同一网段上有多台交换机，则会通过选举过程来确定指定端口。指定端口可以填充MAC表。 对于一个交换式网络，必然存在以下各项： 每个交换式网络有一个根网桥； 每个非根网桥都有一个根端口； 每个网段有一个指定端口； 如图7-5所示，生成树收敛后，交换机具有不同角色，STP端口也具有不同角色。 7.2.3选举根网桥、根端口、指定端口、非指定能根端口 1）跟网桥的选择 选择根网桥的依据是交换机BID（bridge ID，网桥ID），BID最低的交换机为根网桥。网桥ID由网桥优先级（2字节）和网桥MAC地址（6字节）组成。如图7-6所示。 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。依照IEEE802.1D规则默认值是 32768，这是一个中间值。BID包含在BPUD（网桥协议数据单元）中，BDPU除包含BID外，还包含交换机的关于生成树的一些配置信息。交换机和网桥使用多播帧的方式每隔一定时间相互交换这些信息。 如图7-7所示，前四个字段标识协议、版本、消息类型和状态标志；接下来四个字段用于表示根网桥的以及根网桥的路径开销；最后四个字段全是计时器字段，用于确定BPUD消息的发送频率、通过BPUD过程受到的信息保留多长时间。 2）根端口的选择 确定根网桥后，交换机开始为每一个交换机端口配置端口角色。需要确定的第一个角色是根端口角色。 生成树拓扑中的每台交换机（除根网桥外）都需要具有一个根端口。根端口是到他根网桥的路径开销最低的交换机端口。