数据链路层-第十节：以太网交换机的生成树协议STP

Posted 2023-03-02 快乐江湖

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文章目录

• 一：以太网故障导致的网络问题
• 二：利用冗余链路提高稳定性
• • （1）概述
  • （2）冗余链路带来的问题
• 三：生成树协议STP

本节对应视频如下

• 【计算机网络微课堂（有字幕无背景音乐版）】：以太网交换机的生成树协议STP

一：以太网故障导致的网络问题

如下图所示以太网，由三台交换机互连而成，每个交换机上都连接有一些主机（这里只画出了一台主机）。如果交换机A与交换机B之间的链路出现了故障 ，则交换机B上连接的所有主机既无法与交换机A上连接的所有主机通信，也无法与交换机C上连接的所有主机通信

如果交换机A和交换机C之间的链路都出现了故障，则原来的以太网变成了三个独立的较小的以太网，它们之间无法进行通信

二：利用冗余链路提高稳定性

（1）概述

如下图，给交换机B和C之间添加一条冗余链路后，即使交换机A和B之间出现了故障，整个网络还是连通的

（2）冗余链路带来的问题

但是冗余链路也会带来一些负面效应——网络环路，具体来说

• 广播风暴： 广播帧会在各交换机之间反复转发，分别按顺时针和逆时针方向同时兜圈。大量消耗网络资源，使网络无法正常转发其他数据帧
  

• 主机收到重复的广播帧： 大量消耗主机资源

• 交换机的帧交换表震荡（漂移）：

  • 如下图，当交换机B收到主机H1发送的广播帧后进行登记工作，将帧的源MAC地址H1和帧进入交换机B的接口号1登记到帧交换表中，这是正确记录
    

  • 当交换机B再次收到交换机C转发来的该广播帧后，进行登记工作，将帧的源MAC地址H1和帧进入交换机B的接口号2登记到帧交换表中，这是一条错误记录，并删除原来的正确记录
    

  • 当交换机B再次收到交换机A转发来的该广播帧后，进行登记工作，将帧的源MAC地址H1和帧进入交换机B的接口号3登记到帧交换表中，这是一条错误记录，并删除原来的错误记录
    

  • 当交换机B再次收到交换机C转发来的该广播帧后，进行登记工作，将帧的源MAC地址H1和帧进入交换机B的接口号2登记到帧交换表中，这是一条错误记录，并删除原来的错误记录
    

三：生成树协议STP

生成树协议（Spanning Tree Protocol）：以太网交换机使用生成树协议可以在增加冗余链路来提高网络可靠性的同时又避免网络环路带来的各种问题

• 不论交换机之间采用怎样的物理连接，交换机都能够自动计算并构建一个逻辑上没有环路的网络，其逻辑拓扑结构必须是树型的(无逻辑环路) 。如下图，五台交换机之间进行了冗余连接，冗余链路不止一条，网络环也不止一个

  • 如果各交换机接口都处于正常状态，则会存在多个网络环路
    

  • 各交换机之间按照协议中规定的生成树算法，交换一些参数后，就可以判断出自己应该阻塞哪些接口才能形成一个逻辑上没有环路的网络
    

• 最终生成的树型逻辑拓扑要确保连通整个网络

• 当首次连接交换机或网络物理拓扑发生变化时(有可能是人为改变或故障)，交换机都将进行生成树的重新计算

  • 如下图