生成樹協議
編輯生成樹協議(STP)是一個網絡協議,它為以太網創建一個無環路的邏輯拓撲。STP的基本功能是防止橋接環路和由此產生的廣播發射。生成樹還允許網絡設計包括備份鏈路,在主動鏈路發生故障時提供容錯。
顧名思義,STP創建一個生成樹,描述第二層橋接網絡中的節點關系,并禁用那些不屬于生成樹的鏈接,在任何兩個網絡節點之間留下一條活動路徑。STP是基于Radia Perlman在為數字設備公司工作時發明的一種算法。
RSTP通過引入新的收斂行為和橋接端口角色,在響應網絡變化或故障時提供了明顯的快速恢復。RSTP被設計為向后兼容標準STP。
STP最初被標準化為IEEE 802.1D,但生成樹(802.1D)、快速生成樹(802.1w)和多重生成樹(802.1s)功能后來被納入IEEE 802.1Q-2014。
協議操作
編輯之所以需要生成樹協議(STP),是因為局域網(LAN)中的交換機通常使用冗余鏈接進行互連,在一個連接發生故障時提高彈性。然而,這種連接配置會產生一個交換回路,導致廣播輻射和MAC表不穩定。如果使用冗余鏈路來連接交換機,那么就需要避免切換環路。
為了避免與交換式局域網中的冗余鏈路有關的問題,在交換機上實施了STP以監控網絡拓撲結構。交換機之間的每個鏈接,特別是冗余鏈接,都被編入目錄。然后,生成樹算法通過在局域網的交換機之間創建一個首選鏈路,防止冗余鏈路被轉發。這個首選鏈路用于所有以太網幀,除非它發生故障,在這種情況下,一個非首選的冗余鏈路被啟用。在網絡中實施時,STP指定一個第二層交換機作為根橋。然后,所有交換機選擇它們的最佳連接,向根橋轉發,并阻止其他冗余鏈接。所有的交換機都使用橋協議數據單元(BPDUs)來不斷與局域網中的鄰居進行通信。
每當兩個交換機之間有一個以上的鏈接時,STP根橋會根據帶寬計算每條路徑的成本。STP將選擇成本最低的路徑,即帶寬最高的路徑作為首選鏈接。STP將啟用這個首選鏈接作為兩個交換機之間以太網幀的xxx路徑,并禁用所有其他可能的鏈接。
在局域網上啟用STP的交換機選出一個根橋后,所有非根橋都指定它們的一個端口為根端口。這要么是連接交換機和根橋的端口,要么是根橋計算出來的首選路徑的端口,如果有幾條路徑的話。由于不是所有的交換機都直接連接到根橋,它們使用STP BPDU相互通信。每臺交換機將自己的路徑成本與從相鄰交換機收到的成本相加,以確定到根橋的特定路徑的總成本。一旦所有通往根橋的可能路徑的成本相加,每個交換機指定一個端口作為根端口,該端口與成本最低或帶寬最高的路徑相連,最終將通向根橋。
路徑成本
STP路徑成本的默認值最初是由公式1 Gbit/s/bandwidth計算的。當更快的速度出現時,這個默認值被調整了,因為否則高于1Gbit/s的速度將無法被STP區分出來。它的后繼者RSTP使用類似的公式,但分母更大:20Tbit/s/bandwidth.這些公式導致了表中的樣本值。
端口狀態
啟用STP的局域網中的所有交換機端口都被分類。
如果一個端口處于活動狀態,阻塞該端口會導致交換機循環。為了防止使用循環路徑,沒有用戶數據通過阻塞的端口發送或接收。在阻塞狀態下仍然可以接收BPDU數據。如果正在使用的其他鏈路發生故障,并且生成樹算法確定該端口可以過渡到轉發狀態,則阻塞端口可能進入轉發模式。它不充實MAC表,也不轉發幀。學習 雖然端口還沒有轉發幀,但它從收到的幀中學習源地址,并將它們添加到MAC表中。轉發 一個正常工作的端口接收和轉發幀。
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