交換機(jī)生成樹原理

透明網(wǎng)橋的應(yīng)用拓展LAN的能力。自主動態(tài)學(xué)習(xí)站點(diǎn)的地址信息。問題：一般的透明網(wǎng)橋不會對轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文做任何記號，這樣，如果網(wǎng)絡(luò)中存在回路，則有可能報(bào)文在回路中不斷循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。路徑回環(huán)的產(chǎn)生LAN1LAN21111222333為什么引入生成樹協(xié)議通過阻斷冗余鏈路來消除橋接網(wǎng)絡(luò)中可能存在的路徑回環(huán)當(dāng)前活動路徑發(fā)生故障時(shí)激活冗余備份鏈路恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連通性ROOTLANALANBLANCLANDLANE生成樹協(xié)議的基本原理基本思想：在網(wǎng)橋之間傳遞特殊的消息（配置消息），包含足夠的信息做以下工作：從網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)橋中，選出一個(gè)作為根網(wǎng)橋（Root）計(jì)算本網(wǎng)橋到根網(wǎng)橋的最短路徑對每個(gè)LAN，選出離根橋最近的那個(gè)網(wǎng)橋作為指定網(wǎng)橋，負(fù)責(zé)所在LAN上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)橋選擇一個(gè)根端口，該端口給出的路徑是此網(wǎng)橋到根橋的最佳路徑選擇除根端口之外的包含于生成樹上的端口（指定端口）配置消息的內(nèi)容配置消息也被稱作橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（BPDU）主要內(nèi)容包括根網(wǎng)橋的Identifier（RootID）從指定網(wǎng)橋到根網(wǎng)橋的最小路徑開銷（RootPathCost）指定網(wǎng)橋的Identifier指定網(wǎng)橋的指定端口的Identifier即（RootID，RootPathCost，DesignatedBridgeID，DesignatedPortID）配置消息格式DMA：目的MAC地址配置消息的目的地址是一個(gè)固定的橋的組播地址（0x0180c2000000）SMA：源MAC地址即發(fā)送該配置消息的橋MAC地址 L/T：幀長LLCHeader：配置消息固定的鏈路頭Payload：BPDU數(shù)據(jù)DMALLCHeaderSMAL/TPayload值域占用字節(jié)協(xié)議ID2協(xié)議版本BPDU類型標(biāo)志位根橋ID根路徑開銷指定橋ID指定端口IDMessageAge11184822MaxAgeHelloTimeForwardDelay222配置消息的處理將各個(gè)端口收到的配置消息和自己的配置消息做比較，得出優(yōu)先級最高的配置消息更新本身的配置消息，主要工作有：選擇根網(wǎng)橋RootID：最優(yōu)配置消息的RootID計(jì)算到根橋的最短路徑開銷RootPathCost：如果自己是根橋，則最短路徑開銷為0，否則為它所收到的最優(yōu)配置消息的RootPathCost與收到該配置消息的端口開銷之和選擇根端口RootPort：如果自己是根橋，則根端口為0，否則根端口為收到最優(yōu)配置消息的那個(gè)端口選擇指定端口：包括在生成樹上處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的其他端口從指定端口發(fā)送新的配置消息如何確定最優(yōu)的配置消息配置消息的優(yōu)先級比較原則，假定有兩條配置消息C1和C2，則：如果C1的RootID小于C2的RootID，則C1優(yōu)于C2如果C1和C2的RootID相同，但C1的RootPathCost小于C2，則C1優(yōu)于C2如果C1和C2的RootID和RootPathCost相同，但C1的TransmitID小于C2，則C1優(yōu)于C2如果C1和C2的RootID、RootPathCost和TransimitId相同，但C1的PortID小于C2，則C1優(yōu)于C2一個(gè)接受并處理配置消息的例子根據(jù)收到配置消息的優(yōu)先級，選擇Port4為根端口，選擇Port1和Port2為指定端口，同時(shí)阻塞端口Port3和Port5。從Port1和Port2發(fā)送新的配置消息：（23，15，81），其中，RootId=23RootPathCost=14+1=15RootPort=Port4Port1Port2Port3Port4Port5blockingblocking32，0，3223，18，12323，14，32123，14，10023，15，80root23，15，81B8123，15，81鏈路故障怎么辦HelloTime網(wǎng)橋從指定端口以HelloTime為周期定時(shí)發(fā)送配置消息。MessageAge和MaxAge端口保存的配置消息有一個(gè)生存期MessageAge字段，并按時(shí)間遞增。每當(dāng)收到一個(gè)生存期更小的配置消息，則更新自己的配置消息。當(dāng)一段時(shí)間未收到任何配置消息，生存期達(dá)到MaxAge時(shí)，網(wǎng)橋則認(rèn)為該端口連接的鏈路發(fā)生故障，進(jìn)行故障的處理。鏈路故障處理一Port4的配置消息生存期超時(shí)了,則拋棄該配置消息,重新進(jìn)行生成樹計(jì)算,選擇Port3為新的根端口，而網(wǎng)橋81的配置消息沒有變化23，18，123Port1Port2Port3Port4Port5blocking23，14，32123，15，8023，15，81rootB8132，0，3223，15，8123，15，81鏈路故障處理二Port3的配置消息生存期也超時(shí)了，則拋棄該配置消息，重新進(jìn)行生成樹計(jì)算，選擇Port5為新的根端口，網(wǎng)橋81的配置消息變?yōu)椋?3，16，81）Port1Port2Port3Port4Port523，15，8023，16，81root23，16，8132，0，3223，18，12323，16，8123，16，81B81鏈路故障處理三Port5的配置消息生存期也超時(shí)了，則拋棄該配置消息，以自己為根橋發(fā)送配置消息（81，0，81），直到從任一個(gè)端口收到優(yōu)先級更高的配置消息Port1Port2Port3Port4Port581，0，8181，0，8181，0，8181，0，8181，0，81B81臨時(shí)回路的問題當(dāng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，新的配置消息要經(jīng)過一定的時(shí)延才能傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在所有網(wǎng)橋收到這個(gè)變化的消息之前：若舊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中處于轉(zhuǎn)發(fā)的端口還沒有發(fā)現(xiàn)自己應(yīng)該在新的拓?fù)渲型Ｖ罐D(zhuǎn)發(fā)，則可能存在臨時(shí)的回環(huán)；若舊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中阻塞的端口還沒有發(fā)現(xiàn)自己應(yīng)該在新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中開始轉(zhuǎn)發(fā)，則可能造成網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)失去連通性。如何避免臨時(shí)回路端口由阻塞狀態(tài)進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)時(shí)，要經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)，這個(gè)時(shí)間起碼是配置消息傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所需最大時(shí)間的兩倍。ForwardDelay：配置消息傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最大時(shí)延設(shè)計(jì)中間狀態(tài)：處于中間狀態(tài)的端口只是學(xué)習(xí)站點(diǎn)的地址信息，但不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；端口從阻塞狀態(tài)經(jīng)過ForwardDelay的延時(shí)后進(jìn)入中間狀態(tài)；再經(jīng)過ForwardDelay的延時(shí)后才能進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。端口的幾種狀態(tài)端口狀態(tài)端口能力Disabled不收發(fā)任何報(bào)文Blocking不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收但不發(fā)送BPDUs，不進(jìn)行地址學(xué)習(xí)Listening不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收并發(fā)送BPDUs，不進(jìn)行地址學(xué)習(xí)Learning不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收并發(fā)送BPDUs，開始地址學(xué)習(xí)Forwarding接收并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收并發(fā)送BPDUs，進(jìn)行地址學(xué)習(xí)端口的狀態(tài)遷移DisabledListeningBlockingForwardingLearning1）端口enabled2）端口disabled3）端口被選為根端口或指定端口4）端口被選為備用端口（阻塞）5）ForwardDelay延時(shí)（1）（2）（1，2）（1，2）（1，2）（1）（2）（4）（4）（5）（4）（5）（3）MAC地址信息的生存期拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變會使站點(diǎn)在生成樹中的相對位置發(fā)生移動，那么網(wǎng)橋原來學(xué)習(xí)到的MAC地址信息就可能變得不正確，所以學(xué)習(xí)的MAC地址信息也要有生存期，如果該時(shí)間內(nèi)沒有證明地址的正確，則拋棄這條地址信息。在生成樹協(xié)議中有兩個(gè)生存期：拓?fù)浞€(wěn)定的時(shí)候用較長的生存期。拓?fù)涓淖兊臅r(shí)候用較短的生存期。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變的時(shí)候，并不是所有的網(wǎng)橋都能夠發(fā)現(xiàn)這一變化，所以需要把拓?fù)涓淖兊男畔⑼ㄖ秸麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)。站點(diǎn)的相對位置發(fā)生變化LANALANBLANCLANELANDROOTB1B2B3B4拓?fù)涓淖兿⒌膫鞑OOT拓?fù)涓淖兺ㄖ⑼負(fù)涓淖儜?yīng)答消息拓?fù)涓淖兿?324455生成樹協(xié)議的不足端口從阻塞狀態(tài)進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)必須經(jīng)歷兩倍的ForwardDelay時(shí)間，所以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變之后需要至少兩倍的ForwardDelay時(shí)間，才能恢復(fù)連通性。如果網(wǎng)絡(luò)中的拓樸結(jié)構(gòu)變化頻繁，網(wǎng)絡(luò)會頻繁的失去連通性，這樣用戶就會無法忍受?？焖偕蓸鋮f(xié)議快速生成樹協(xié)議是從生成樹協(xié)議發(fā)展而來，實(shí)現(xiàn)的基本思想一致；快速生成樹具備生成樹的所有功能；快速生成樹改進(jìn)目的就是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，盡可能快的恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的連通性?？焖偕蓸涞母倪M(jìn)一在新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的根端口可以立刻進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，如果舊的根端口已經(jīng)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，而且新根端口連接的對端交換機(jī)的指定端口處于Forwarding狀態(tài)。LANATOROOTLANALANALANAFF指定端口指定端口根端口阻塞端口FLANALANAFF指定端口指定端口根端口阻塞端口FTOROOT快速生成樹的改進(jìn)二指定端口可以通過與相連的網(wǎng)橋進(jìn)行一次握手，快速進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。LANBLANAF指定端口根端口握手請求握手響應(yīng)1234注意！兩點(diǎn)注意:握手必須在點(diǎn)對點(diǎn)鏈路的條件下進(jìn)行一次握手之后，響應(yīng)握手的網(wǎng)橋的非邊緣指定端口將變?yōu)閎locking狀態(tài)，則需要繼續(xù)向自己的鄰接網(wǎng)橋發(fā)起握手LANALANBLANCLANAF指定端口指定端口指定端口FF非點(diǎn)到點(diǎn)鏈路握手的擴(kuò)散快速生成樹的改進(jìn)三網(wǎng)絡(luò)邊緣的端口，即直接與終端相連，而不是和其他網(wǎng)橋相連的端口可以直接進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，不需要任何延時(shí)。LANBLANCLANA根端口邊緣端口LANDFTOROOT阻塞端口快速生成樹的性能第一種改進(jìn)的效果：發(fā)現(xiàn)拓?fù)涓淖兊交謴?fù)連通性的時(shí)間可達(dá)數(shù)毫秒，并且無需傳遞配置消息。第二種改進(jìn)的效果：網(wǎng)絡(luò)連通性可以在交換兩個(gè)配置消息的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，即握手的延時(shí)；最壞的情況下，握