网络冗余STP和HSRP.doc

环形HYPERLINK"http://www.net527.cn/a/luyoujiaohuan/"网络中造成大量的流量即“广播风暴”，导致HYPERLINK"http://www.net527.cn/a/luyoujiaohuan/"网络的瘫痪，从而影响学校的正常工作，本文根据生成树HYPERLINK"http://www.net527.cn/a/luyoujiaohuan/"协议实现网络冗余链路管理的技术手段，从HYPERLINK"http://www.net527.cn/a/luyoujiaohuan/"协议的原理、配置、管理等角度进行分析，探讨实现网络冗余链路管理的方法。

由于以太网网桥采用了基于MAC地址实现在不同端口之间的数据转发机制，每一个端口对应的是一个以太网的网段，通过学习每个端口的MAC地址表的方式，网桥只转发不同端口间的通信。但由于网桥依赖运行网络中存在的MAC地址和端口的地址对应表来进行数据的转发，若收到目的地址未知的数据包，只能利用广播的形式来寻址，其后果就是在一个环形网络中造成大量的流量即“广播风暴”，从而导致网络的瘫痪。

为了解决基于二层的“广播风暴”问题，IEEE（电机和电子工程师学会）制定了802.1D的生成树协议（SpanningTreeProtocol），它在防止产生环路的基础上提供路径冗余。生成树协议(STP)是通过生成树算法（STA：SpanningTreeAlgorithm）计算出一条到根网桥的无环路路径来避免和消除网络中的环路，它是通过判断网络中存在环路的地方并阻断冗余链路来实现这个目的。通过这种方式，它确保到每个目的地都只有唯一路径，不会产生环路，从而达到管理冗余链路的目的。

为了实现对冗余链路的管理，找出存在的冗余链路，STA在网络中选举根网桥作为依据，跟踪该可用路径。若发现存在冗余路径，它将选择最佳路径来进行数据包转发，并阻断其它冗余链路。

SpanningTree的工作原理

SpanningTree的工作方式如同生成一棵的树，树的根就称为“根网桥”，每个设备会定义一个优先级，数值越小代表它成为根桥的可能性越大。参与STP的所有HYPERLINK"http://www.net527.cn/a/luyoujiaohuan/"交换机都通过数据消息的交换来获取网络中其它HYPERLINK"http://www.net527.cn/a/luyoujiaohuan/"交换机的信息，这些消息被称为桥接协议数据单元（BPDU）。BPDU主要内容包括：根信息、路径开销、端口信息、记时器。

实现管理冗余链路，建立无环路生成树的首先选举一个根网桥。根网桥是所有交换机用来决定网络中是否存在环路的依据。通过网桥ID决定谁将成为根网桥，根网桥ID由两部分组成：优先级域（两字节）和MAC地址域（六字节）。以上两个部分决定了根网桥的选定结果。数值越低，就越有可能成为根网桥。如果交换机发现一个比它自己更低的根ID，就将根ID在BPDU中进行宣告。通过交换BPDU报文，交换机决定谁是根网桥。

当根网桥选举完后，每台交换机与根网桥建立关联。交换机首先判断路径开销。路径开销是根据链路速率和BPDU从根网桥到达本端口所经过的链路数量而计算出来的。如果一个端口有最低的路径开销，它将被置于转发模式。接收BPDU的所有其它端口将被置于阻断模式。若各端口接收到BPDU的路径开销相同，交换机将根据网桥ID以决定哪个端口应该进行转发。有最低网桥ID的端口将被选为转发端口，所有其它端口将被阻断。

经过BPDU的交换，可实现根网桥交换机的选举，并计算出每台交换机到根交换机的最短距离，离根交换机最近的交换机被称为指定交换机，每台交换机的根端口被选举出来。这是一个提供从该交换机到根交换机最佳路径（通常是最低开销路径）的端口，不进行数据帧转发的端口被置于阻断状态。这些端口可继续发送和接收BPDU信息，但禁止发送或接收用户数据。

为了建立一个无环路网络，生成树使交换机的各个端口经历几种不同的状态：阻断、倾听、学习、转发、关闭倾听和学习状态都是生成树所实施的过渡状态，指挥交换机端口等待从其它交换机上获得BPDU报文。端口状态转换如下：
当生成树通过了STP状态时，采用一系列记时器来防止网络中桥接环路的发生。

快速生成树协议（RapidSpanningTreeProtocol，RSTP）

生成树协议IEEE802.1d虽可在50秒内恢复连接，但已不能满足现代交换式网络和应用的需要，在802.1w中定义的RSTP协议可解决802.1d的自恢复问题。快速生成树协议（RSTP）是从生成树算法的基础上发展而来的，通过配置消息来传递生成树信息，并通过优先级比较来进行计算。快速生成树能够完成生成树