生成树协议在局域网中的应用

张文川

摘要：交换网络环路是为交换网络提供冗余链路时形成的，环路的存在导致了交换网络中广播风暴的产生，致使交换网络的MAC 地址系统失效。这是冗余链路最大的问题所在，而为了避免单点故障引所起的网络中断，在网络当中又必须要求具备冗余备份链路。该文讨论生成树协议在具有冗余链路的交换网络中的工作实现，及随着网络应用要求而改进的生成树协议技术，即快速生成树协议和多生成树协议的工作实现，从而达到在交换网络中既保障了网络冗余链路，又避免了环路危害的目的。

关键词：广播风暴；生成树协议；冗余链路

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）20-0056-02

Configuration of Spanning Tree Protocol in Local Area Network

ZHANG Wen-chuan

（Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology， Lanzhou 730060， China）

Abstract： Switched network loop is a redundant link for the switching network， which causes the generation of broadcast storm in the switching network. The MAC address system of the switched network is invalid. This is the biggest problem of redundant link， and in order to avoid the single point of failure caused by the interruption of the network， in the network must be required to have redundant backup link. In this paper， we discuss the implementation of spanning tree protocol in switched networks with redundant links， and the work of improving the network application requirements， namely， the fast spanning tree protocol and multi spanning tree protocol.

Key words： Broadcast Storm spanning tree protocol redundancy link

1 引言

在交换机或其他交换设备设备组成的网络环境中，为了使使网络环境变得更加健全、稳定、可靠，基本都采用了冗余备份链路技术，但是使用冗余备份链路容易在网络环境当中形成环路。环路的形成会导致广播风暴、多帧复制及MAC地址表不稳定等情况发生。而生成树技术可以避免环路的形成，从而可以避免发生广播风暴。

2 生成树协议的概念

生成树协议[1]（STP， Spanning Tree Protocol），又称扩展树协定，是一基于OSI网路模型的数据链路层（第二层）通讯协定，用作确保一个无回圈的区域网络环境。其主要的作用是在数据进行传输时可以避免二层环路的形成，同时还具备链路的备份功能。快速生成树协议（RSTP）是在生成树协议的基础上又增加了替换端口（alternate Port）和备份端口（backup Port）两种端口角色，来分别做为根端口（root Port）和指定端口（desingnated Port）的冗余端口。当根端口和指定端口出现故障时，冗余端口可以直接迅速地切换到替换端口或备份端口。

3 生成树协议的算法过程[2]

生成树协议在算法过程中首先会选择根网桥，根网桥的选择首先会比较网桥的BID值，值越小其优先级越高。ID值是由两部分组成的：交换机的优先级和MAC地址组成的，如果交换机的优先级相同则比较其MAC地址，地址值越小，其就被选举为根网桥。在选择根网桥之后接下来会选择根端口，根端口的选择有根路径成本的大小决定，链路的带宽决定根路径成本的大小，带宽越大，路径成本越低，则选该端口为根端口。如果根路径成本大小相同，就要比较所在交换机的BID值，BID值越小，其优先级就越高，最后，会比较端口的ID值，该值有两部分组成：端口优先级和端口编号，那个端口的值小，那个端口就会被选为根端口。最后选择指定端口，在每条链路上选择一个指定的端口，根网桥上所有端口都是指定的端口；首先，比较根路径成本，其次，比较端口所在网桥的ID值，最后，比较端口的ID值。

4 生成树协议的配置[3]

MSTP是交换机默认的生成树协议类型。使用Switch（config）#spanning-tree mode{stp|rstp}可以修改生成树协议的类型。如果要配置交换机的优先级可以使用命令Switch（config）#spanning-tree priority <0-61440>来完成。设置交换机的优先级主要是为了确定整个网络的根交换机，一般情况下，默认值为32768。可以使用 no Spanning-tree priority恢复到默认值。使用命令Switch（config-if）# spanning-tree port-priority <0-240>可以配置交换机端口的优先级。可以使用no Spanning-tree port-priority恢复到默认值。我们可以使用命令Switch（config-if）# spanning-tree cost cost来配置端口路径花费。可用 no Spanning-tree cost命令恢复到默认。Hello Time是交换机定时发送BPDU报文的时间间隔。可以使用Switch（config）# Spanning-tree hello-time seconds来进行配置。可用 no Spanning-tree forward-time命令恢复到默认值。Max-Age Time是BPDU报文消息生存的最长时间。可用Switch（config）# Spanning-tree max-age seconds进行配置。可用no Spanning-tree max-age 命令恢复到默认值。

5 生成树协议的工作模式

生成树的工作模式有STP模式、RSTP模式、MSTP模式以及PVST模式。在STP和RSTP模式下，设备所有端口都将向外发送STP和RSTP数据单元。当接收端收到对端设备发来的数据单元如果是STP时，它会自动迁移到STP模式，而如果收到的数据单元是RSTP，则不会进行自动迁移。同样在MSTP模式下设备的所有端口也都向外发送MSTP BPDU。接收端收到对端设备发来的STP数据单元时，会自动迁移到STP模式，而如果收到的是MSTP BPDU，则不会进行自动迁移。PVST模式，在该模式下交换机的所有端口都向外发送PVST BPDU，每个虚拟局域网维护一棵生成树。工作在RSTP/MSTP模式的设备可以自动迁移到STP模式下工作，但是工作在STP模式下的设备不能自动迁移到RSTP/MSTP模式，此时需要用户执行mCheck操作来迫使工作模式发生迁移。假设在一个交换网络中，运行MSTP（或RSTP）的设备的端口连接着运行STP的设备，该端口会自动迁移到STP模式下工作；但是此时如果运行STP的设备被拆离，该端口不能自动迁移到MSTP（或RSTP）模式下运行，仍然会工作在STP模式下。此时可以通过执行mCheck操作迫使其迁移到MSTP（或RSTP）模式下运行。

6 结论

交换机在转发数据时很可能由于存在多条路径构成一个环路，出现广播风暴。而生成树协议就是为了避免网桥中出现环路而设定的，它是通过一定的算法将交换机的某些端口阻塞，避免使网络拓扑结构形成环路，而发生广播风暴。生成树协议还能保证整个网络的每一个部分有足够的连接通向，所有网络当中的节点不是在转发就是在阻塞状态，这样就在整个交换网中建立了一棵生成树。配置生成树协议虽然麻烦，但是随着随着交换技术在网络中的普遍应用，保证网络设备间的正常通信成为一项重要的任务，生成树协议既能保证冗余链路提供链路备份，又避免广播风暴的产生。

参考文献：

[1]程庆梅， 刘天华. 计算机网络实训教程[M]. 北京： 高等教育出版社， 2005.

[2]宋贤钧. 计算机网络基础[M]. 北京： 高等教育出版社， 2015.

[3]王书明. 网络设备与互联[M]. 北京： 清华大学出版社， 2011.