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1、8 80 02 2. .1 1d d, ,8 80 02 2. .1 1w w, ,8 80 02 2. .1 1s s 与与 8 80 02 2. .1 1q q 一.STP: 在谈 本主题 之前 ,先简单的对 STP(802.1d)做个回顾 .STP 是用于打破层 2 环路的 协议 ,但这 个协议有个最明显的缺点,就是当层 2 网络重新收敛的时候 ,至少要等 待 50 秒的时间 (转发延迟 +老化时间 ).50 秒的时间对于一个大型的层 2 网络来说 , 是一个漫长的过程 (何况这只是个理论时间,实际情况还会更长 ).虽然 CISCO 对 STP 的这些缺点开发出了些弥补性的特性 ,比如
2、Port Fast,Uplink Fast 和 Backbone Fast,用于加快层 2 网络的收敛时间 .套用王朔的话 “看上去很美 “.虽然 这些 “ 新“特性能够改善 STP 的一些不足 ,但是 ,这些特性是 CISCO 私有的 ,而非行 业标准 ;此外,这 些特性要求我们做额外的配置 ,如果缺乏对这些技术的理解 ,还 有可能导致环路问题 . 二二. .R RS ST TP P: : RSTP 是 IEEE 802.1w 标准定义的 ,目的就是为了改进 STP 的一些不足 ,并且在某 些情况下 , RSTP 要比之前所提到的那些 Port Fast,Uplink Fast 和 Back
3、bone Fast 技术更为方便 .但是在比较古老的交换机型号中比如 CATALYST 2900XL/3500XL 里 ,不支持 RSTP 与 RPVST+(或叫 PVRST+),还有些型号比如 CATALYST 2948G-L3/4908G-L3,CATALYST 5000/5500 和 CATALYST 8500 不支持 RSTP. 802.1d 标准中对端口状态的定义有: 1. 监听(listening). 2.学习 (learning). 3.堵塞(blocking). 4.转发(forwarding). 5. 禁用(disabled). 802.1w 标准中对端口状态的定义有: 1.
4、 丢弃(discarding). 2.堵塞 (blocking). 3.转发(forwarding). 丢弃状态 ,实际上就类似 802.1d 中监听,学习和禁用状态的集合 . 在 802.1w 中,根端口(root port,RP)和指定端口(designated port,DP)仍然得以 保留;而堵塞端口被改进为备份端口(backup port,BP)替代端口(alternate port,AP).不过,生成树算法 (STA)仍然是依据 BPDU 决定端口的角色 .和 802.1d 中对 RP 的定义一样 ,到达根桥 (root bridge)最近的端口即为 RP.同样的,每个桥 接 网段
5、上 ,通过比较 BPDU,决定出谁是 DP.一个桥接网段上只能有一个 DP(同时出 现两个的话就 形成了层 2 环路 ). 在 802.1d 中,非 RP 和 DP 的端口 ,它的状态就为堵塞状态,这种状态虽然不转发数 据 ,但是仍然 需要接收 BPDU 来保持处于堵塞状态.AP 和 BP 同样也是这样 .AP 提供 了到达根桥的替代路径,因此 , 一旦 RP 挂掉后 ,AP 可以取代 RP 的位置 .BP 也提供 了到达同一桥接网段以及 AP 所不能保证到根桥连接性的冗余链路. 在 RSTP 里,BPDU 的格式稍稍变化了一些,在 802.1d 里,BPDU 只有两个标签选项: 1.拓扑改变
6、 (TC). 2.拓扑改变确认 (TCA). 而 RSTP 中的 BPDU 采用的是版本 2 的 BPDU,换句话说 802.1d 网桥将丢弃这种新 的 BPDU.这种新的 BPDU,在原先的 BPDU 基础上增加了 6 个标签选项 : BPDU 的处理方式 ,和 802.1d 也有些不同 ,取代原先的 BPDU 中继方式 (非根桥的 RP 收到来自根 桥的 BPDU 后,会重新生成一份 BPDU 朝下游交换机发送出去),802.1w 里的每个网桥 ,在 BPDU hello time(默认 2 秒)的时间里生成 BPDU 发送出去 (即 使没有从根桥那里接收到任何 BPDU).如果在连续 3
7、 个 hello time 里没有收到任 何 BPDU,那么 BPDU 信息将超时不被予 以信任 .因此 ,在 802.1w 里,BPDU 更像是一 种保活(keepalive)机制.即,如果连续三次未收 到 BPDU,那么网桥将认识它丢失 了到达相邻网桥 RP 或 DP 的连接 .这种快速老化的方式使 得链路故障可以很快的 被检测出来 . 在 RSTP 里,类似 Backbone Fast 的下级 BPDU(inferior BPDU)也被集成进去 .当 交换 机收到来自 RP 或 DP 的下级 BPDU 时 ,它立刻替换掉之前的 BPDU 并进行存储 : 如上图 ,由于 C 知道根 桥仍然
8、 是可用的 ,它就立刻向 B 发送关于根桥的 BPDU 信息 . 结果是 B 停止发送它自己的 BPDU,接收来自 C 的 BPDU 信息并将连接到 C 的端口 做为 新的 RP. 传统的 802.1d 标准里 ,STA 是被动的等待层 2 网络的收敛 (由于转发延迟的定义 ). 对 STP 默认的计时器进行修改,可能又会导致 STP 的稳定性问题 ;而 RSTP 可以主 动的将端口立 即转变为转发状态 ,而无需通过调整计时器的方式去缩短收敛时间. 为了能够达到这种目的 ,就出现了两个新的变量 :边缘端口(edge port)和链路类 型 (link type). 边缘端口 (EP)的概念 ,
9、和 CISCO 中 Port Fast 特性非常相似 .由于连接端工作站的 端口,是 不可能导致层 2 环路的 ,因此这类端口就没有必要经过监听和学习状态, 从而可以直接转 变为转发状态 .但是和 Port Fast 不同的是 ,一旦 EP 收到了 BPDU, 它将立即转变为普通的 RSTP 端口 : RSTP 快速转变为转发状态的这一特性,可以在 EP 和点到点链路上实现的.由于全 双工操作的端口被认为是点到点型的链路;半双工端口被认为是共享型链路.因 此 RSTP 会将全双工操作的端口当成是点到点链路,从而达到快速收敛 . 当 STA 决定出 DP 后,对于 802.1d,仍然要等待 30
10、 秒的转发延迟才能进入转发状 态;在 802.1w 里: 假设根桥和交换机 A 之间创建了一条新的链路,链路两端的端口刚开始均处于堵 塞状态 ,直到 收到对方的 BPDU.当 DP 处于丢弃或者学习状态,它将在自己将要发 送出去的 BPDU 里设置提 议位(proposal bit),如上图的 p0 和步骤 1.由于交换机 A 收到了上级 (superior)信息, 它将意识到自己的 P1 应该立即成为 RP.此时交换 机 A 将采取同步 (sync)动作 ,将该上级 BPDU 信息洪泛到其他的所有端口上并保证 这些端口处于同步状态(in-sync). 当端口满足下列标准之一时 ,即处于同步状
11、态 : 1. 端口为 EP. 2.端口为堵塞状态 (即丢弃,或者为稳定拓扑). 假设交换机 A 的 P2 为 AP,P3 为 DP,P4 为 EP.P2 和 P4 满足上述标准之一,因此为 了处于同步状态 ,交换机 A 将堵塞 P3,指定它为丢弃状态 ,其他端口处于同步状态 (步骤 2).交 换机 A 将解除 P1 的堵塞状态 做为 新的 RP,并向根桥反馈确认信息(步 骤 3),这个信息其实 是 之前 步骤 1 所发的提议 BPDU 信息的拷贝 ,只不过是把提议 位设置成了认可位 (agreement bit).当 P2 收到这个认可信息后 ,它立即进入转发 状态 .由于 P3 之前被堵塞了
12、 ,当步骤 3 完成后 ,P3 也执行之前 P0 所经过的步骤 1, 向下游交换机发出提议 BPDU 信息 ,尝试快速进 入转发状态 .依次类推 . 由于提议机制非常迅速,因此 RSTP 不需依赖任何计时器.如果一个指定为丢弃状 态的端口 ,在发出提议 BPDU 信息后没有收到认可信息,该端口会回退到 802.1d 标准 ,从监 听到学习 ,再慢慢进入转发状态 .这种情况多发生在不理解 RSTP BPDU 的交换机端口上 . RSTP 里另外一个快速进入转发状态的机制,和 CISCO 对 STP 的扩展技术 Uplink Fast 很相似 . 当网桥丢失了 RP 后,它会把自己的 AP 直接设
13、置为转发状态(新的 RP).因此对于 RSTP 来说,Uplink Fast 的特性无需手动配置 .还有一点和 802.1d 不同 的是,当交换机检测到拓扑变化后,产生 TC 信息,直接洪泛给整个 网络 ,而无 需像 802.1d 那样先 报告给根桥 : 三.MST: MST 是由 IEEE 802.1s 标准制定 ,来自 CISCO 私有的 MISTP 协议 (Multiple Instances Spanning Tree Protocol).和 RSTP 一样,MST 在某些 CATALYST 交换 机上也不支持 ,比如 :CATALYST 2900/3500XL,CATALYST 29
14、48G-L3/4908G-L3,CATALYST 5000/5500 以及 CATALYST 8500. 在谈 MST 之前先说说关于 trunk 的原始版本 IEEE 802.1q,该标准制定了 CST(Common Spanning Tree).CST 假定整个层 2 网络只有一个 STP 的实例 ,也就 是说不管整 个层 2 网络划分了多少个 VLAN,都只有一个 STP 的实例 .CST 的一些优 劣: 1.缺点 :无法实现 STP 的负载均衡 . 2.优点 :节约 CPU 资源 ,整个层 2 网络只需要维护一个 STP 的实例 . 而后续的 802.1q 增强了对 VLAN 的支持
15、,出现了 PVST+(每 1 个 VLAN 有 1 个 STP 的实例). 802.1s 结合了 PVST+和 802.1q 的优点 ,将多个 VLAN 映射到较少的 STP 实例 .之前 的 PVST+的优点 ,可以实现 STP 的负载均衡 ,对 CPU 资源是个负担 .而 MST 减少了 不必要的 STP 的实例 .如下图 ,假设 D1 和 D2 分别为 VLAN 1 到 500 和 VLAN 501 到 1000 的 根桥 ,如果用 PVST+,就将有 1000 个 STP 的实例 ,但是实际上整个层 2 网络只有 2 个逻辑拓扑 ,所以优化办法是将 STP 的实例减少到 2 个,同时保留 STP 负载均衡的优点 : 从技术角度来看 ,MST 的确是最佳解决方案 ,但是对 端用户 而言却并不是必需的 , 因为 MST 通常要求比 802.1d 和 802.1w 更为复杂的配置 ,并且还可能遇到与 802.1d 的协 同操作问题 . 之间提到了 ,多个 VLAN 可以映射到一个 STP 的实例上 .但是 ,决定哪个 VLAN 和哪 个 STP 实例相 关联 ,以及 BPDU 的标签方式以便交换机可以鉴别出 VLAN 与 STP 实 例信息 ,这是个问题 .这个时候就出现了一个类似 BGP 里 AS 的概念 :区域 (Region)
