6.1.6 生成树协议STP

作者: 卢玥俪，丁小丽，丁丽娅编著 出处:电子工业出版社易飞思公司 　2008-03-12 11:57　   砖    好    评论  条 　进入论坛

阅读提示：《全国计算机等级考试实用应试教程. 四级网络工程师》2008版第六章内容主要叙述了交换机的原理与配置，本文讲的是生成树协议STP。

6.1.6  生成树协议STP

生成树协议STP是一个二层的链路管理协议，它的功能是保证在网络中没有回路的前提下，为第二层提供冗余路径。

在一个安全性比较高的网络中，都应该有链路冗余。它可以为两个站点之间提供多条传输路径，防止网络中的单点失效，提高了网络的可靠性。当然链路冗余也会导致一定的弊端，多链路多路径有可能会形成回路，这样数据在环路无限循环，或者使站点重复接收同一数据；或者使交换机在多个端口上得到同一个终端站点的MAC地址，以致数据不能准确地被发送到目的地址。为了解决这一问题，提出了生成树协议STP，并制定出了相关的IEEE 802.1D标准。STP中定义了根桥、根端口、指定端、路径开销等概念，目的是通过生成树计算达到裁剪冗余环路的目的，同时实现链路备份和路径最优化。用于构造这棵树的算法称为生成树算法SPA。

STP的工作过程如下，首先进行根桥的选举。选举的依据是网桥优先级和网桥MAC地址组合成的桥ID（Bridge ID），桥ID最小的网桥将成为网络中的根桥。在网桥优先级都一样的情况下，MAC地址最小的网桥成为根桥。然后确定交换机冗余链路端口的工作状态，其中一些端口进入转发状态，另一些端口进入阻塞状态。被阻塞的端口只能接收和读取BPDU而不能接收和转发数据流。这时，部分链路被阻断了，成为了备份链路，保证了两个终端站点之间只有一条激活的链路，这样就建立起了一个无环的树状结构网络。图6-8为生成树的图示。

如果网络拓扑发生变化或是生成树中的一个路径因故障而失效时，生成树就会重新计算，激活其他的备份链路，生成新的树拓扑，并强制将原来的故障链路变为备份链路，这时端口状态也会随之改变，以保证数据的传输路径是唯一的。

图6-8  生成树

交换机与网桥在STP的工作过程中是有区别的。交换机要对VLAN进行处理，它指定一个根交换机，并为每一个VLAN选择一个根网络，然后再确定各个冗余端口的阻塞或转发状态，保证唯一的传输路径，并将其他的冗余链路作为备份链路，生成无回路的拓扑结构。

BPDU（Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元）在交换机之间传递的，它为STP的工作提供信息。BPDU每隔2s或是在网络发生故障、网络拓扑变化时，便向所有的交换机端口发送一次，以便交换机能交换当前最新的拓扑信息，并迅速识别和检测其中的环路。BPDU数据包有两种类型，一种是包含配置信息的配置BPDU，另一种是包含拓扑变化信息的拓扑变化通知BPDU。配置BPDU的数据内容如表6-1所示。

表6-1  BPDU数据内容

※重点提示：生成树协议STP的主要功能是在保证网络中没有回路的前提下，允许在第二层链路中提供冗余路径，保证网络能够稳定、可靠地运行。STP的主要算法是生成树算法，该算法的核心是根网桥的选择。BPDU为STP的根网络确定乃至整个树状结构的生成提供必要的信息。

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