1、交換機生成樹原理第1頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日透明網(wǎng)橋的應(yīng)用拓展LAN的能力。自主動態(tài)學習站點的地址信息。問題：一般的透明網(wǎng)橋不會對轉(zhuǎn)發(fā)的報文做任何記號，這樣，如果網(wǎng)絡(luò)中存在回路，則有可能報文在回路中不斷循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。第2頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日路徑回環(huán)的產(chǎn)生LAN 1LAN 21111222333第3頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日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)當前活動路徑發(fā)生故障時激活冗余備份鏈路恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連通性ROOTLAN ALAN BLAN CLAN

2、DLAN E第4頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日生成樹協(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，選出一個作為根網(wǎng)橋（Root）計算本網(wǎng)橋到根網(wǎng)橋的最短路徑對每個LAN，選出離根橋最近的那個網(wǎng)橋作為指定網(wǎng)橋，負責所在LAN上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)橋選擇一個根端口，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）第5頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日配置消息的內(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（Root

3、ID）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）第6頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日配置消息格式DMA：目的MAC地址配置消息的目的地址是一個固定的橋的組播地址（0 x0180c2000000）SMA：源MAC地址即發(fā)送該配置消息的橋MAC地址L/T：幀長LLC Header：配置消息固定的鏈路頭Payload：BPDU數(shù)據(jù)DMALLC HeaderSMAL/TPayl

4、oad值 域占用字節(jié)協(xié)議ID2協(xié)議版本BPDU類型標志位根橋ID根路徑開銷指定橋ID指定端口IDMessage Age11184822Max AgeHello TimeForward Delay222第7頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日配置消息的處理將各個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

5、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)送新的配置消息第8頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日如何確定最優(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RootI

6、D、RootPathCost和TransimitId相同，但C1的PortID小于C2，則C1優(yōu)于C2第9頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日一個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 = Port4Port 1Port 2Port 3Port 4Port 5blockingblocking32，0，3223，1

7、8，12323，14，32123，14，10023，15，80 root23，15，81B8123，15，81第10頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日鏈路故障怎么辦Hello Time網(wǎng)橋從指定端口以Hello Time為周期定時發(fā)送配置消息。Message Age和Max Age端口保存的配置消息有一個生存期Message Age字段，并按時間遞增。每當收到一個生存期更小的配置消息，則更新自己的配置消息。當一段時間未收到任何配置消息，生存期達到Max Age時，網(wǎng)橋則認為該端口連接的鏈路發(fā)生故障，進行故障的處理。第11頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星

8、期日鏈路故障處理一Port4的配置消息生存期超時了, 則拋棄該配置消息, 重新進行生成樹計算, 選擇Port3為新的根端口，而網(wǎng)橋81的配置消息沒有變化23，18，123Port 1Port 2Port 3Port 4Port 5blocking23，14，32123，15，80 23，15，81 rootB8132，0，3223，15，8123，15，81第12頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日鏈路故障處理二Port3的配置消息生存期也超時了，則拋棄該配置消息，重新進行生成樹計算，選擇Port5為新的根端口，網(wǎng)橋81的配置消息變?yōu)椋?3，16，81）Port 1Port

9、 2Port 3Port 4Port 523，15，80 23，16，81 root23，16，81 32，0，3223，18，12323，16，8123，16，81B81第13頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日鏈路故障處理三Port5的配置消息生存期也超時了，則拋棄該配置消息，以自己為根橋發(fā)送配置消息（81，0，81），直到從任一個端口收到優(yōu)先級更高的配置消息Port 1Port 2Port 3Port 4Port 581，0，8181，0，8181，0，81 81，0，81 81，0，81 B81第14頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日臨時回路的

10、問題當拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，新的配置消息要經(jīng)過一定的時延才能傳播到整個網(wǎng)絡(luò)，在所有網(wǎng)橋收到這個變化的消息之前：若舊拓撲結(jié)構(gòu)中處于轉(zhuǎn)發(fā)的端口還沒有發(fā)現(xiàn)自己應(yīng)該在新的拓撲中停止轉(zhuǎn)發(fā)，則可能存在臨時的回環(huán)；若舊的拓撲結(jié)構(gòu)中阻塞的端口還沒有發(fā)現(xiàn)自己應(yīng)該在新的拓撲結(jié)構(gòu)中開始轉(zhuǎn)發(fā)，則可能造成網(wǎng)絡(luò)暫時失去連通性。第15頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日如何避免臨時回路端口由阻塞狀態(tài)進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)時，要經(jīng)過一定時間的延時，這個時間起碼是配置消息傳播到整個網(wǎng)絡(luò)所需最大時間的兩倍。Forward Delay：配置消息傳播到整個網(wǎng)絡(luò)的最大時延設(shè)計中間狀態(tài)：處于中間狀態(tài)的端口只是學習站點的地址信息，但

11、不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；端口從阻塞狀態(tài)經(jīng)過Forward Delay的延時后進入中間狀態(tài)；再經(jīng)過Forward Delay的延時后才能進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。第16頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日端口的幾種狀態(tài)端口狀態(tài)端口能力Disabled不收發(fā)任何報文Blocking不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收但不發(fā)送BPDUs，不進行地址學習Listening不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收并發(fā)送BPDUs，不進行地址學習Learning不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收并發(fā)送BPDUs，開始地址學習Forwarding接收并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收并發(fā)送BPDUs，進行地址學習第17頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期

12、日端口的狀態(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）Forward Delay延時（1）（2）（1，2）（1，2）（1，2）（1）（2）（4）（4）（5）（4）（5）（3）第18頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日MAC地址信息的生存期拓撲結(jié)構(gòu)改變會使站點在生成樹中的相對位置發(fā)生移動，那么網(wǎng)橋原來學習到的MAC地址信息就可能變得不正確，所以學習的MAC地址信息也要有生存期，如果該時間內(nèi)沒有證明地址的正確，則拋棄這條地

13、址信息。在生成樹協(xié)議中有兩個生存期：拓撲穩(wěn)定的時候用較長的生存期。拓撲改變的時候用較短的生存期。網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)生改變的時候，并不是所有的網(wǎng)橋都能夠發(fā)現(xiàn)這一變化，所以需要把拓撲改變的信息通知到整個網(wǎng)絡(luò)。第19頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日站點的相對位置發(fā)生變化LAN ALAN BLAN CLAN ELAN DROOTB1B2B3B4第20頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日拓撲改變消息的傳播ROOT拓撲改變通知消息拓撲改變應(yīng)答消息拓撲改變消息1324455第21頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日生成樹協(xié)議的不足端口從阻塞狀態(tài)進入轉(zhuǎn)發(fā)

14、狀態(tài)必須經(jīng)歷兩倍的Forward Delay時間，所以網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)改變之后需要至少兩倍的Forward Delay時間，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。第22頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日快速生成樹協(xié)議快速生成樹協(xié)議是從生成樹協(xié)議發(fā)展而來，實現(xiàn)的基本思想一致；快速生成樹具備生成樹的所有功能；快速生成樹改進目的就是當網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，盡可能快的恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的連通性。第23頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日快速生成樹的改進一在新拓撲結(jié)構(gòu)中的根端口可以立刻進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，如果舊的根端口已經(jīng)進入

15、阻塞狀態(tài)，而且新根端口連接的對端交換機的指定端口處于Forwarding狀態(tài)。LAN ATO ROOTLAN ALAN ALAN AFF指定端口指定端口根端口阻塞端口FLAN ALAN AFF指定端口指定端口根端口阻塞端口FTO ROOT第24頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日快速生成樹的改進二指定端口可以通過與相連的網(wǎng)橋進行一次握手，快速進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。LAN BLAN AF指定端口根端口握手請求握手響應(yīng)1234第25頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日注意！兩點注意:握手必須在點對點鏈路的條件下進行一次握手之后，響應(yīng)握手的網(wǎng)橋的非邊緣指定端口將變?yōu)閎

16、locking狀態(tài)，則需要繼續(xù)向自己的鄰接網(wǎng)橋發(fā)起握手LAN ALAN BLAN CLAN AF指定端口指定端口指定端口FF非點到點鏈路握手的擴散第26頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日快速生成樹的改進三網(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入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，不需要任何延時。LAN BLAN CLAN A根端口邊緣端口LAN DFTO ROOT阻塞端口第27頁，共30頁，2022年，5月20日，8點55分，星期日快速生成樹的性能第一種改進的效果：發(fā)現(xiàn)拓撲改變到恢復(fù)連通性的時間可達數(shù)毫秒，并且無需傳遞配置消息。第二種改進的效果：網(wǎng)絡(luò)連通性可以在交換兩個配置消息的時間內(nèi)恢復(fù)，即握手的延時；最壞的情況下，握手從網(wǎng)絡(luò)的一邊開始，擴散到網(wǎng)絡(luò)的另一邊緣的網(wǎng)橋，網(wǎng)絡(luò)連通性才能恢復(fù)。比如當網(wǎng)絡(luò)直徑為7的時候，要經(jīng)過6次握手。第三種改進的效果：