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802.1w

快速生成树协议(rapid spaning tree protocol):802.1w由802.1d发展而成,这种协议在网络结构发生变化时,能更快的收敛网络。它比802.1d多了两种端口类型:预备端口类型(alternate port)和备份端口类型。

STP(Spanning Tree Protocol)是生成树协议的英文缩写。该协议可应用于环路网络,通过一定的算法实现路径冗余,同时将环路网络修剪成无环路的树型网络,从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环

STP的基本原理是,通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文(在IEEE 802.1D中这种协议报文被称为“配置消息”)来确定网络的拓扑结构。配置消息中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。

生成树协议STP/RSTP

1. 技术原理

STP的基本思想就是生成“一棵树”,树的根是一个称为根桥的交换机,根据设置不同,不同的交换机会被选为根桥,但任意时刻只能有一个根桥。由根桥开始,逐级形成一棵树,根桥定时发送配置报文,非根桥接收配置报文并转发,如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文,则说明从该交换机到根有不止一条路径,便构成了循环回路,此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞,消除循环。当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候,交换机认为端口的配置超时,网络拓扑可能已经改变,此时重新计算网络拓扑,重新生成一棵树。

2. 功能介绍:

生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的网络环回,解决成环以太网网络的“广播风暴”问题,从某种意义上说是一种网络保护技术,可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。STP也提供了为网络提供备份连接的可能,可与SDH保护配合构成以太环网双重保护。新型以太单板支持符合ITU-T 802.1d标准的生成树协议STP及802.1w规定的快速生成树协议RSTP,收敛速度可达到1s。

3.交换机的端口状态

交换机的端口在STP环境中共有5种状态:阻塞、倾听、学习、转发、关闭(disable)。

交换机上一个原来被阻塞掉的端口由于在最大老化时间内没有收到BPDU,从阻塞状态转变为倾听状态,倾听状态经过一个转发延迟(15秒)到达学习状态,经过一个转发延迟时间的MAC地址学习过程后进入转发状态。

如果到达倾听状态后发现本端口在新的生成数中不应该由此端口转发数据则直接回到阻塞状态。

当拓扑发生变化,新的配置消息要经过一定的时延才能传播到整个网络,这个时延称为转发延迟(Forward Delay),协议默认值是15秒。

在所有网桥收到这个变化的消息之前,若旧拓扑结构中处于转发的端口还没有发现自己应该在新的拓扑中停止转发,则可能存在临时环路。为了解决临时环路的问题,生成树使用了一种定时器策略,即在端口从阻塞状态到转发状态中间加上一个只学习MAC地址但不参与转发的中间状态,两次状态切换的时间长度都是Forward Delay,这样就可以保证在拓扑变化的时候不会产生临时环路。在802. 1D的协议中,端口有这样几种状态:

Blocking:处于这个状态的端口不能够参与转发数据报文,但是可以接收配置消息,并交给CPU进行处理。不过不能发送配置消息,也不进行地址学习。

Listening:处于这个状态的端口也不参与数据转发,不进行地址学习;但是可以接收并发送配置消息。

Learning:处于这个状态的端口同样不能转发数据,但是开始地址学习,并可以接收、处理和发送配置消息。

Forwarding:一旦端口进入该状态,就可以转发任何数据了,同时也进行地址学习和配置消息的接收、处理和发送。

以上的STP

1、RSTP的改进特性

A、STP没有明确区分端口状态与端口角色,收敛时主要依赖于端口状态的切换。RSTP比较明确的区分了端口状态与端口角色,且其收敛时更多的是依赖于端口角色的切换。

B、STP端口状态的切换必须被动的等待时间的超时。而RSTP端口状态的切换却是一种主动的协商。

C、STP中的非根网桥只能动的中继BPDU。而RSTP中的非根网桥对BPDU的中继具有一定的主动性。

RSTP的P/A协商:快速收敛机制

P/A机制即Proposal/Agreement机制。其目的是使一个指定端口尽快进入Forwarding状态。其过程的完成根据以下几个端口变量:

A)Proposing。当一个指定端口处于Discarding或Learning状态的时候,该变量置位。并向下游交换传递Proposal位被置位的BPDU。

B)Proposed。当端口收到对端的指定端口发来的携带Proposal的BPDU的时候。该变量置位。该指示本网段上的指定端口希望忙进入Forwarding状态。

C)sync。当Proposed被设置以后,收到Proposal置位信息的根端口会依次为自己的其他端口置位sync变量。如果端口是非边缘的指定端口是则会进入Discarding状态。

D)synced。当端口完成转到Discarding后,,会设置自己的synced变量。Alternate、Backup和边缘端口会马上设置该变量。根端口监视其他端口的synced,当所有其他端口的synced全被设置,,根端口会设置自己的synced,然后传回BPDU,其中Agreement闰被置位。

E)agreed。当指定端口接收到一个BPDU时,如果该BPDU中的Agreement位被置位且端口角色定段是“根端口”,该变量被设置。Agreed变量一旦被置位,指定端口马上转入Forwarding状态。

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