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交换机使用中,防止广播风暴而衍生出来的生成树协议(STP)

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为了防止广播风暴和其他不必要的循环的副作用,数字设备公司公司创建了生成树协议(STP),该协议已被电气和电子工程师协会(IEEE)标准化为802.1d规范。实质上,生成树使用生成树算法(STA),该算法感知交换机具有多种与节点通信的方式,确定哪种方式最佳并阻塞其他路径。更酷的是,它会跟踪其他路径,以防主路径不可用。

以下是STP的工作原理:

每个交换机都分配有一组ID,一个用于交换机本身,另一些用于交换机上的每个端口。交换机的标识符称为网桥ID(BID),长度为8个字节,包含一个网桥优先级(2个字节)以及一个交换机的MAC地址(6个字节)。每个端口ID为16位长,有两部分:6位优先级设置和10位端口号。

每个端口都有一个路径开销。这个开销是基于一部分802.1d建立的指导原则。根据原始规范,路径开销是1000 Mbps(每秒1千兆)除以连接到端口的段的带宽。因此,10 Mbps连接的路径开销为(1000/10)100。

为了补偿网络速度超过千兆位范围,标准路径开销略有修改。新的路径开销是:

带宽4 Mbps = 250 STP路径开销值

带宽10 Mbps = 100 STP路径开销值

带宽16 Mbps = 62 STP路径开销值

带宽45 Mbps = 39 STP路径开销值

带宽100 Mbps = 19 STP路径开销值

带宽155 Mbps = 14 STP路径开销值

带宽622 Mbps = 6 STP路径开销值

带宽1 Gbps = 4 STP路径开销值

带宽10 Gbps = 2 STP路径开销值

还应注意的是,路径开销可以是网络管理员分配的任意值,而不是局限于标准路径开销值。每个交换机开始一个发现过程,来选择它应该为每个段使用的网络路径。该信息通过称为桥接协议数据单元(BPDU)的特殊网络帧在所有交换机之间共享。

BPDU的组成如下:

·Root BID - 这是当前根网桥的BID 。

·根网桥的路径开销 - 这取决于根网桥的距离。例如,如果数据必须通过三个100-Mbps段到达根桥,则成本为(19 + 19 + 0)38。连接到根网桥的段通常具有零路径开销。

·发件人BID - 这是发送BPDU的交换机的BID。

·端口ID - 这是发送BPDU的交换机上的实际端口。

·所有交换机都不断地相互发送BPDU,试图确定各个段之间的最佳路径。当交换机收到来自另一台交换机的BPDU,且优于与它同一网段广播的BPDU时,它将停止向该段广播其BPDU。相反,它将存储另一个交换机的BPDU以供参考,并广播到较低的段,例如那些离根桥较远的段。

·甲根桥根据交换机之间的BPDU过程的结果选择的。一开始,每个交换机都认为自己是根网桥。当一个交换机在网络上启动时,它会发送一个BPDU,以自己的BID作为根BID。当其他交换机接收到BPDU时,它们将BID与它们已存储为根BID的BID进行比较。如果新的根BID具有较低的值,它们将替换掉已经保存的值。但是如果保存的根BID较低,则将BPDU作为根BID发送到新交换机,并将此BID作为根BID。当新交换机收到BPDU时,它意识到它不是根网桥,并将其表中的根BID替换为刚收到的根。结果是具有最低BID的交换机被其他交换机选为根网桥。

·根据根网桥的位置,其他交换机确定哪些端口具有到根网桥的最低路径成本。这些端口称为根端口,每个交换机(当前根网桥除外)必须有一个。

·交换机确定谁将拥有指定端口。指定端口是用于在特定段上发送和接收数据包的连接。通过每个段只有一个指定端口,所有循环问题都得到解决!根据段的根桥的最低路径成本选择指定端口。由于根网桥的路径开销为“0”,因此连接到网段的任何端口都将成为指定端口。对于其他交换机,将比较给定段的路径成本。如果确定一个端口具有较低的路径成本,则它将成为该段的指定端口。如果两个或多个端口具有相同的路径开销,则选择具有最低BID的交换机。

·一旦选择了网段的指定端口,连接到该网段的任何其他端口都将成为非指定端口。它们阻止网络流量占用该路径,因此它只能通过指定端口访问该段。

每个交换机都有一个不断更新的BPDU表。现在,网络配置为单个生成树,根网桥为中继,其他所有交换机为分支。每个交换机通过根端口与根网桥通信,并通过指定端口与每个网段通信,从而维护无环路网络。如果根网桥开始出现故障或出现网络问题,STP允许其他交换机立即使用另一台充当根网桥的交换机重新配置网络。这个惊人的过程使公司能够拥有一个容错但又相当容易维护的复杂网络。

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