第七章 二層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

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1、第八章二層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)——生成樹，組播協(xié)議與鏈路聚合P目標(biāo)：了解STP協(xié)議的產(chǎn)生背景和處理流程。了解STP的使用方法。了解組播協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，了解IGMP護(hù)理流程及使用場合。了解鏈路聚合的作用及實(shí)現(xiàn)方式。一、生成樹協(xié)議1、網(wǎng)橋循環(huán)和網(wǎng)橋循環(huán)和生成樹協(xié)議如果在網(wǎng)間網(wǎng)的任何兩個LAN之間存在多條網(wǎng)橋路徑或LAN路徑，網(wǎng)橋就會失效，因?yàn)榫W(wǎng)間網(wǎng)中并沒有提供網(wǎng)橋?qū)W(wǎng)橋協(xié)議，如下圖所示：í?1網(wǎng)橋循環(huán)示意圖在上圖中，假定主機(jī)A向主機(jī)B發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，兩個網(wǎng)橋同時接收到這個數(shù)據(jù)包，并且都正確地知道主機(jī)A位于網(wǎng)絡(luò)2中。但是不幸的是，

2、在主機(jī)B同時收到兩份一樣的主機(jī)A的數(shù)據(jù)包后，兩個網(wǎng)橋又一次從它們對網(wǎng)絡(luò)1的端口上接收到數(shù)據(jù)包，因?yàn)樵趶V播級LAN中所有的主機(jī)接收所有的消息。在這種情況下，二層交換將改變各自的路由表以指明主機(jī)A在網(wǎng)絡(luò)1中，如果這樣的話，當(dāng)主機(jī)B向主機(jī)A發(fā)送數(shù)據(jù)包時，兩個網(wǎng)橋接收到此數(shù)據(jù)包后，又會將其丟棄，因?yàn)樗鼈兊穆酚杀碇兄该髦鳈C(jī)A位于網(wǎng)絡(luò)1中，而實(shí)際上主機(jī)A位于網(wǎng)絡(luò)2中。這樣主機(jī)A將永遠(yuǎn)收不到網(wǎng)絡(luò)1上主機(jī)發(fā)給它的數(shù)據(jù)。除了類似于上面所描述的基本連接問題之外，廣播級消息在具有循環(huán)的網(wǎng)絡(luò)中傳遞可能會導(dǎo)致更為嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)問題。如圖

3、11的循環(huán)連接，假定主機(jī)A的初始數(shù)據(jù)包是一個廣播級數(shù)據(jù)包，兩個網(wǎng)橋?qū)o休止地轉(zhuǎn)發(fā)這個數(shù)據(jù)包，這樣會占用所有可能獲取的網(wǎng)絡(luò)帶寬，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻塞。具有循環(huán)連接的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能是有用的，如用戶為保證兩個網(wǎng)段不會因?yàn)橐粭l路徑失效而中斷，特意在這兩個網(wǎng)段間搭建多條路徑，這樣可以提高網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的靈活性，從而提高了這個網(wǎng)絡(luò)的容錯能力。當(dāng)然，網(wǎng)間網(wǎng)中的多重路徑也可能是用戶無意識配置造成的。為解決網(wǎng)絡(luò)間存在的回路問題，提出了生成樹算法。1、生成樹算法生成樹算法（SpanningTreeAlgorithm）最初是由DEC

4、公司開發(fā)成功的，其主要目標(biāo)是提高網(wǎng)絡(luò)循環(huán)連接的可用性，同時消除網(wǎng)絡(luò)循環(huán)連接帶來的破壞性。DEC的生成樹算法后來由IEEE802進(jìn)行了一定的修改，發(fā)表在IEEE802.1d協(xié)議說明中。DEC的生成樹算法與IEEE802.1d算法并不相同，而且它們也互不兼容。STA算法通過將導(dǎo)致循環(huán)連接的網(wǎng)橋端口（如果處于活動狀態(tài)）設(shè)置成阻塞狀態(tài)，這樣就可以指定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袥]有回路的存在。在任何時候主數(shù)據(jù)鏈路失效時處于阻塞狀態(tài)的網(wǎng)橋都可以被激活，于是為網(wǎng)間網(wǎng)提供了一條新的路徑。STA算法采用了圖論中的結(jié)論作為在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲薪]有

5、循環(huán)路徑的子網(wǎng)的理論依據(jù)。圖論中有如下結(jié)論：對于任意由節(jié)點(diǎn)和連接節(jié)點(diǎn)對的邊組成的連通圖，就會構(gòu)成一棵由邊組成的生成樹，生成樹保持了原圖的連通性，但并不增加循環(huán)。如下圖，（D：知道網(wǎng)橋，R：根橋），í?1生成樹示意圖圖2說明了生成樹算法是如何消除連接循環(huán)的過程。STA算法要求每一個網(wǎng)橋都有一個唯一的標(biāo)識符，通常標(biāo)識符由網(wǎng)橋的MAC地址與網(wǎng)橋的優(yōu)先級組成（在網(wǎng)橋中各個項(xiàng)目的ID數(shù)越小，其優(yōu)先級越高），同時，每一個網(wǎng)橋內(nèi)的每一個端口也有唯一的標(biāo)識符，通常是由端口號與該端口優(yōu)先級組成。最后，每一個網(wǎng)橋端口與一個路徑

6、值聯(lián)系起來，路徑值表示通過該端口將數(shù)據(jù)楨傳遞到LAN的代價。一般路徑值＝1000/相連的LAN的速度，所以，與該端口相連的LAN的速度越大，則該端口的路徑值越小。生成樹的計算過程為：選擇根橋，通常根橋就是具有最低網(wǎng)橋標(biāo)識符的網(wǎng)橋，在圖2中網(wǎng)橋1是根橋。決定所有除根橋以外的網(wǎng)橋的根端口，根端口就是通過它達(dá)到根橋時，路徑值最小，達(dá)到根橋的最小路徑值稱為根路徑值。決定指定網(wǎng)橋和指定網(wǎng)橋的指定端口，指定網(wǎng)橋就是每一個LAN中提供最小根路徑值的網(wǎng)橋，每一個LAN中的指定網(wǎng)橋是唯一能夠?yàn)楫?dāng)前LAN轉(zhuǎn)發(fā)和接收數(shù)據(jù)楨的網(wǎng)橋

7、。每一個LAN的指定端口是連接LAN到指定網(wǎng)橋使用的端口。在某些情況下，兩個或多個網(wǎng)橋可能具有相同的根路徑值，在這種情況下使用網(wǎng)橋標(biāo)識符來決定誰是指定橋。例如圖3中，網(wǎng)橋4和網(wǎng)橋5到達(dá)網(wǎng)橋1（根橋）的路徑值均為10，這種情況就根據(jù)網(wǎng)橋ID來選擇，于是網(wǎng)橋4的LANV端口而不是網(wǎng)橋5的LANV端口被選擇為知道端口。圖13是運(yùn)行STA算法后的網(wǎng)絡(luò)：圖中實(shí)線表示活動端口，虛線表示阻塞端口。使用這樣的選擇過程，任意網(wǎng)橋與任意網(wǎng)段之間的關(guān)系只會是單向連接的，即從某一個網(wǎng)橋進(jìn)行生成樹算法后的網(wǎng)絡(luò)達(dá)到某一個網(wǎng)段只存在唯一

8、的路徑，這樣就消除了兩個LAN構(gòu)成的連接循環(huán)。STA算法同樣能消除多個LAN構(gòu)成的連接循環(huán)，同樣保持了整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系的連通性。對于不允許參加生成樹協(xié)議的端口，將被設(shè)置為阻塞（blocking）狀態(tài)，而當(dāng)其它端口出現(xiàn)故障，重新配置生成樹時，該端口有可能從blocking狀態(tài)進(jìn)入forwarding狀態(tài)，重新參加生成樹。當(dāng)開啟網(wǎng)橋的電源或者檢測到網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，生成樹的計算過程就會開始。生成樹的計算過程需