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STP

簡介

  STP(Spanning Tree Protocol)是生成樹協議的英文縮寫。該協議可應用于環路網絡,通過一定的算法實現路徑冗余,同時將環路網絡修剪成無環路的樹型網絡,從而避免報文在環路網絡中的增生和無限循環。生成樹協議適合所有廠商的網絡設備,在配置上和體現功能強度上有所差別,但是在原理和應用效果是一致的。

技術原理

  STP的基本原理是,通過在交換機之間傳遞一種特殊的協議報文(在IEEE 802.1D中這種協議報文被稱為“配置消息”)來確定網絡的拓撲結構。配置消息中包含了足夠的信息來保證交換機完成生成樹計算。

  Spanning Tree Protocol(STP)是一種二層鏈路協議,又稱生成樹協議,該協議在IEEE802.1D文檔中定義。該協議的原理是按照樹的結構來構造網絡拓撲,消除網絡中的環路,避免由于環路的存在而造成廣播風暴問題。該協議使用BPDU報文傳遞生成樹信息。

  Spanning Tree Protocol(STP)的基本思想就是按照"樹"的結構構造網絡的拓撲結構,樹的根是一個稱為根橋的橋設備,根據設置不同,不同的交換機會被選為根橋,但任意時刻只能有一個根橋。由根橋開始,逐級形成一棵樹,根橋定時發送配置報文,非根橋接收配置報文,并重新計算配置信息并轉發,如果某臺交換機能夠從兩個以上的端口接收到配置報文,則說明從該交換機到根有不止一條路徑,便構成了循環回路,此時交換機根據端口的配置選出一個端口并把其他的端口阻塞,消除循環。當某個端口長時間不能接收到配置報文的時候,交換機認為端口的配置超時,網絡拓撲可能已經改變,此時重新計算網絡拓撲,重新生成一棵樹。

功能介紹

  生成樹協議最主要的應用是為了避免局域網中的單點故障、網絡回環,解決成環以太網網絡的“廣播風暴”問題,從某種意義上說是一種網絡保護技術,可以消除由于失誤或者意外帶來的循環連接。STP也提供了為網絡提供備份連接的可能,可與SDH保護配合構成以太環網的雙重保護。新型以太單板支持符合IEEE 802.1d標準的生成樹協議STP及IEEE 802.1w規定的快速生成樹協議RSTP,收斂速度可達到1s。

  但是,由于協議機制本身的局限,STP保護速度慢(即使是1s的收斂速度也無法滿足電信級的要求),如果在城域網內部運用STP技術,用戶網絡的動蕩會引起運營商網絡的動蕩。目前在MSTP 組成環網中,由于SDH保護倒換時間比STP協議收斂時間快的多,系統采用依然是SDH MS-SPRING或SNCP,一般倒換時間在50ms以內。但測試時部分以太網業務的倒換時間為0或小于幾個毫秒,原因是內部具有較大緩存。SDH保護倒換動作對MAC層是不可見的。這兩個層次的保護可以協調工作,設置一定的“拖延時間”(hold-off),一般不會出現多次倒換問題。

VLAN對生成樹的影響

  L3,L4交換已經非常成熟。Internet中也越來越廣泛地應用了交換技術,全交換網絡已經非常普遍。在這些網絡中,VLAN的使用是必不可少的。

  VLAN是一個根據作用、計劃組、應用等進行邏輯劃分的交換式網絡。與用戶的物理位置沒有關系。舉個例子來說,幾個終端可能被組成一個部分,可能包括工程師或財務人員。當終端的實際物理位置比較相近,可以組成一個局域網(LAN)。如果他們在不同的建筑物中,就可以通過VLAN將他們聚合在一起。同一個VLAN中的端口可以接受VLAN中的廣播包。但別的VLAN中的端口卻接受不到。

  1、網絡容錯能力不強;

  2、報文在環路網絡中容易增生和無限循環;

  3、不利在VLAN中實現流量負載均衡

  生成樹協議運行生成樹算法(STA).生成樹算法很復雜,但是其過程可以歸納為以下3個步驟:

  (1)選擇根網橋

  (2)選擇根端口

  (3)選擇指定端口

  關于選擇根網橋:選擇根網橋的依據是網橋ID,網橋ID由網橋優先級和網橋MAC地址組成。網橋的默認優先級是32768.使用show mac-address-table時,顯示在最前面的MAC地址就是計算時所使用的MAC地址。網橋ID值小的為根網橋,當優先級相同時,MAC地址小的為根網橋。

  關于選擇根端口:每個非根交換機選擇一個根端口。選擇順序為:到根網橋最低的根路徑成本→直連的(對端的)網橋ID最小→對端的端口ID最小。端口ID由端口優先級與端口編號組成。默認的端口優先級為128。

  關于選擇指定端口:每個網段上選擇一個指定端口。選擇順序為:根路徑成本較低→所在交換機的網橋ID值較小→本端口的ID值較小。另外,根網橋的接口皆為指定端口,因為根網橋上端口的根路徑成本為0。

過程

  生成樹協議運行生成樹算法(STA)。生成樹算法很復雜,但是其過程可以歸納為以下三個部分。

  (1)選擇根網橋

  (2)選擇根端口

  (3)選擇指定端口(也有書籍稱為轉發端口)

  選擇根網橋的依據是交換機的網橋優先級,網橋優先級是用來衡量網橋在生成樹算法中優先級的十進制數,取值范圍是0~65535.默認值是32768,網橋ID=網橋優先級+網橋MAC地址組成的,共有8個字節。由于交換機的網橋優先級都是默認,所以在根網橋的選舉中比較的一般是網卡MAC地址的大小,選取MAC地址小的為根網橋。

生成樹協議的不足

  1、拓撲收斂慢,當網絡拓撲發生改變的時候,生成樹協議需要50秒的時間才能完成拓撲收斂。

  2、不能提供負載均衡的功能。當網絡中出現環路的時候,生成樹協議簡單的將環路進行Block,這樣改鏈路就不能進行數據包的轉發,浪費網絡資源。

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