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1、生成树协议原理安徽财经大学信息工程学院安徽财经大学信息工程学院l生成树协议解决了交换网络可能会 出现的网络风暴问题安徽财经大学信息工程学院学习指南l开篇通过讲述交换网络可能面临的问题 引出生成树协议l重点理解生成树协议的工作机制和不同 版本的生成树协议所解决的问题安徽财经大学信息工程学院参考资料lIEEE 802.1d lIEEE 802.1w安徽财经大学信息工程学院l学习完此课程，您将会：了解STP协议产生的背景掌握STP工作原理掌握RSTP工作原理安徽财经大学信息工程学院第第1 1章章 STPSTP的产生原因的产生原因第2章 STP的基本原理第3章 RSTP的基本原理安徽财经大学信息工程学
2、院透明网桥的应用l拓展LAN的能力。l自主动态学习站点的地址信息。l问题：一般的透明网桥不会对转发的报文做任何记号，这样，如果 网络中存在回路，则有可能报文在回路中不断循环转发，造成网络 拥塞。安徽财经大学信息工程学院冗余链路产生的问题Mac地址表不稳定LAN 1LAN 1LAN 2LAN 2Host AHost A Mac: 00-E0-FC-F4-67-Mac: 00-E0-FC-F4-67- 2C2CHost BHost B Mac: 00-E0-FC-F4-45-Mac: 00-E0-FC-F4-45- 7D7DMac Address TableMac Address TablePor
3、t 1:00-E0-FC-F4-67-2CPort 1:00-E0-FC-F4-67-2CMac Address Table Mac Address Table Port 1:00-E0-FC-F4-67-2CPort 1:00-E0-FC-F4-67-2CX XY YPort 1Port 1Port 2Port 2Port 2:00-E0-FC-F4-67-2CPort 2:00-E0-FC-F4-67-2C安徽财经大学信息工程学院冗余链路产生的问题广播风暴LAN 1LAN 1LAN 2LAN 2Host AHost A Mac: 00-E0-FC-F4-67-Mac: 00-E0-FC-F
4、4-67- 2C2CHost BHost B Mac: 00-E0-FC-F4-45-Mac: 00-E0-FC-F4-45- 7D7DMac Address TableMac Address TablePort 1:00-E0-FC-F4-67-2CPort 1:00-E0-FC-F4-67-2C Port 2:00-E0-FC-F4-45-7DPort 2:00-E0-FC-F4-45-7DMac Address Table Mac Address Table Port 1:00-E0-FC-F4-67-2CPort 1:00-E0-FC-F4-67-2C Port 2:00-E0-FC-
5、F4-45-7DPort 2:00-E0-FC-F4-45-7DX XY YPort 1Port 1Port 2Port 2二层广播数据帧1 12 23 32 23 31 11 1安徽财经大学信息工程学院为什么引入生成树协议l通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环l当前活动路径发生故障时激活冗余备份链路恢复网络连通性ROOTROOTLAN ALAN ALAN BLAN BLAN CLAN CLAN DLAN DLAN ELAN E安徽财经大学信息工程学院第1章 STP的产生原因第第2 2章章 STPSTP的基本原理的基本原理第3章 RSTP的基本原理安徽财经大学信息工程学院生成树协
6、议的基本原理l基本思想：在网桥之间传递特殊的消息（配置消息），包含足够的 信息做以下工作：从网络中的所有网桥中，选出一个作为根网桥（Root）计算本网桥到根网桥的最短路径对每个LAN，选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥，负责 所在LAN上的数据转发网桥选择一个根端口，该端口给出的路径是此网桥到根桥的最 佳路径选择除根端口之外的包含于生成树上的端口（指定端口）安徽财经大学信息工程学院配置消息的内容l配置消息也被称作桥协议数据单元（BPDU）l主要内容包括根网桥的Identifier（RootID）从指定网桥到根网桥的最小路径开销（RootPathCost）指定网桥的Identifier指定网桥
7、的指定端口的Identifier即（RootID，RootPathCost，DesignatedBridgeID， DesignatedPortID）安徽财经大学信息工程学院配置消息格式lDMA：目的MAC地址配置消息的目的地址是一个固定的桥的组播地址（0x0180c2000000）lSMA：源MAC地址即发送该配置消息的桥MAC地址lL/T：帧长lLLC Header：配置消息固定的链路头lPayload：BPDU数据DMADMALLC HeaderLLC HeaderSMASMAL/TL/TPayloadPayload值 域占用字 节协议ID2协议版本BPDU类型标志位根桥ID根路径开销指
8、定桥ID指定端口IDMessage Age11184822Max AgeHello TimeForward Delay222安徽财经大学信息工程学院配置消息格式l协议ID(2 字节) 当前保留没有被利用l协议版本(1 字节) 如果两大小不一的协议版本数字比较,则数字越大的将被认为最新定义 的协议版本lBPDU类型(1 字节) 类型域仅仅服务于区分BPDU的类型;在不同类型BPDU之间没有任何关 系l标志位(1 字节) 被用来表示拓扑的变化,当拓扑发生变化时被置1,反之则置0l根桥ID(8 字节) 表示当前网络里的根桥,包括: 网桥优先级 (2 字节) 网桥的Mac地址 (6 字节)安徽财经大学
9、信息工程学院配置端口开销l根路径开销(4 字节)网桥到达根网桥的路径开销,数值大小可以由网桥自动配置或手 动配置参数链链路带宽带宽推荐值值推荐范围围范围围路径开销4Mb/s250100-10001-65535路径开销10Mb/s10050-6001-65535路径开销16Mb/s6240-4001-65535路径开销100Mb/s1910-601-65535路径开销1Gb/s43-101-65535路径开销10Gb/s21-51-65535安徽财经大学信息工程学院配置消息格式l指定网桥ID(8 字节)指发送BPDU的网桥,包括: 网桥优先级 (2 字节) 网桥的Mac地址 (6 字节)l指定端
10、口ID(2 字节)指发送BPDU的网桥端口,包括: 端口优先级 端口号安徽财经大学信息工程学院配置消息格式lMessage Age(2 字节)BPDU的有效存活时间lMaximum Age(2 字节)BPDU的最大有效存活时间,默认为20秒lHello Time(2 字节)周期发送BPDU的时间间隔,默认为2秒lForward Delay(2 字节)端口转入发送状态的时延,默认为15秒安徽财经大学信息工程学院配置消息的处理l将各个端口收到的配置消息和自己的配置消息做比较，得出优先级 最高的配置消息更新本身的配置消息，主要工作有：选择根网桥RootID：最优配置消息的RootID计算到根桥的最短
11、路径开销RootPathCost：如果自己是根桥， 则最短路径开销为0，否则为它所收到的最优配置消息的 RootPathCost与收到该配置消息的端口开销之和选择根端口RootPort：如果自己是根桥，则根端口为0，否则根 端口为收到最优配置消息的那个端口选择指定端口：包括在生成树上处于转发状态的其他端口l从指定端口发送新的配置消息安徽财经大学信息工程学院如何确定最优的配置消息l配置消息的优先级比较原则，假定有两条配置消息C1和C2，则：如果C1的RootID小于C2的RootID，则C1优于C2如果C1和C2的RootID相同，但C1的RootPathCost小于C2，则 C1优于C2如果C
12、1和C2的RootID和RootPathCost相同，但C1的 TransmitID小于C2，则C1优于C2如果C1和C2的RootID、RootPathCost和TransimitId相同，但 C1的PortID小于C2，则C1优于C2安徽财经大学信息工程学院一个接受并处理配置消息的例子Port 1Port 1Port 2Port 2Port 3Port 3 Port 4Port 4Port 5Port 5B81B81LAN ALAN AB23B23 RootRootB80B80B100B100B321B321B32B32B123B123B47B47 B74B74B55B55B155B155
13、B102B102安徽财经大学信息工程学院一个接受并处理配置消息的例子l根据收到配置消息的优先级，选择Port4为根端口，选择Port1和 Port2为指定端口，同时阻塞端口Port3和Port5。l从Port1和Port2发送新的配置消息：（23，15，81），其中，RootId = 23RootPathCost = 14+1 = 15RootPort = Port4Port 1Port 1Port 2Port 2Port 3Port 3 Port 4Port 4Port 5Port 5blockingblockingblockingblocking3232，0 0，32322323，1818
14、，1231232323，1414，3213212323，1414，1001002323，1515，80 80 rootroot2323，1515，8181B81B812323，1515，8181安徽财经大学信息工程学院链路故障怎么办lHello Time网桥从指定端口以Hello Time为周期定时发送配置消息。lMessage Age和Max Age端口保存的配置消息有一个生存期Message Age字段，并按时 间递增。每当收到一个生存期更小的配置消息，则更新自己的 配置消息。当一段时间未收到任何配置消息，生存期达到Max Age时，网桥则认为该端口连接的链路发生故障，进行故障的处 理。安
15、徽财经大学信息工程学院链路故障处理一lPort4的配置消息生存期超时了, 则抛弃该配置消息, 重新进行生成 树计算, 选择Port3为新的根端口，而网桥81的配置消息没有变化2323，1818，123123Port 1Port 1Port 2Port 2Port 3Port 3 Port 4Port 4Port 5Port 5blockingblocking2323，1414，3213212323，1515，80 80 2323，1515，81 81 rootrootB81B813232，0 0，3232 2323，1515，81812323，1515，8181安徽财经大学信息工程学院链路故障
16、处理二lPort3的配置消息生存期也超时了，则抛弃该配置消息，重新进行生 成树计算，选择Port5为新的根端口，网桥81的配置消息变为（23 ，16，81）Port 1Port 1Port 2Port 2Port 3Port 3 Port 4Port 4Port 5Port 52323，1515，80 80 2323，1616，81 81 rootroot2323，1616，81 81 3232，0 0，32322323，1818，123123 2323，1616，81812323，1616，8181B81B81安徽财经大学信息工程学院链路故障处理三lPort5的配置消息生存期也超时了，则抛弃该配置消息，以自己为根 桥发送配置消息（81，0，81），直到从任一个端口收到优先级更 高的配置消息Port 1Port 1Port 2Port 2Port 3Port 3 Port 4Por
