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網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)講座之五：學(xué)習(xí)生成樹(shù)協(xié)議

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現(xiàn)在，我們的網(wǎng)絡(luò)教程開(kāi)始接觸到讓人期待的生成樹(shù)協(xié)議，學(xué)好它，你就可以盡可能避免因某臺(tái)交換機(jī)的問(wèn)題造成整個(gè)局域網(wǎng)崩潰 。繼續(xù)讀下去吧 。生成樹(shù)協(xié)議是由Sun微系統(tǒng)公司聞名工程師拉迪亞?珀?duì)柭┦?Radia Perlman)發(fā)明的 。網(wǎng)橋使用珀?duì)柭┦堪l(fā)明的這種方法能夠達(dá)到2層路由的理想境界:冗余和無(wú)環(huán)路運(yùn)行 。你可以把生成樹(shù)協(xié)議設(shè)想為一個(gè)各網(wǎng)橋設(shè)備記在心里的用于進(jìn)行優(yōu)化和容錯(cuò)發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程的樹(shù)型結(jié)構(gòu) 。
我們要介紹的這個(gè)問(wèn)題在圖1中進(jìn)行了描述 。
圖 1.假如這些交換機(jī)不采用生成樹(shù)協(xié)議并且以這種方式連接，每一臺(tái)交換機(jī)將無(wú)限地復(fù)制它們收到的第一個(gè)數(shù)據(jù)包，直到內(nèi)存耗盡和系統(tǒng)崩潰為止 。在2層，沒(méi)有任何東西能夠阻止這種環(huán)路的事情發(fā)生 。在圖1中，治理員必須要手工關(guān)閉這個(gè)紅色連接線(xiàn)路才能讓這個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行 。生成樹(shù)協(xié)議在當(dāng)前可用連接有效時(shí)關(guān)閉一個(gè)或者更多其它冗余連接，而在當(dāng)前連接出現(xiàn)故障后，再啟用這些被關(guān)閉的冗余連接 。生成樹(shù)協(xié)議決定使用哪一個(gè)連接完全取決于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 。
生成樹(shù)協(xié)議拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的思路是，網(wǎng)橋能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)沒(méi)有環(huán)路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的子網(wǎng)，也就是一個(gè)生成樹(shù) 。生成樹(shù)協(xié)議還能夠確定有足夠的連接通向這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)部分 。它將建立整個(gè)局域網(wǎng)的生成樹(shù) 。當(dāng)首次連接網(wǎng)橋或者發(fā)生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化時(shí)，網(wǎng)橋都將進(jìn)行生成樹(shù)拓?fù)涞闹匦掠?jì)算 。
當(dāng)一個(gè)網(wǎng)橋收到某種類(lèi)型的“設(shè)置信息”(一種非凡類(lèi)型的橋接協(xié)議數(shù)據(jù)單元，BPDU)時(shí)，網(wǎng)橋就開(kāi)始從頭實(shí)施生成樹(shù)算法 。這種算法從根網(wǎng)橋的選擇開(kāi)始的 。根網(wǎng)橋(root bridge)是整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的核心，所有的數(shù)據(jù)實(shí)際上都要通過(guò)根網(wǎng)橋 。順便提示一下，有手工設(shè)置根網(wǎng)橋時(shí)要非凡注重 。對(duì)于思科設(shè)備來(lái)言其根網(wǎng)橋的選擇過(guò)程暴露出一些問(wèn)題，就是過(guò)分簡(jiǎn)單化 。思科硬件通常使用最低的MAC地址，具備這些地址的設(shè)備通常是網(wǎng)絡(luò)中最古老的設(shè)備，因而其交換速度常是最慢的，而從根網(wǎng)橋在網(wǎng)絡(luò)中的位置看，它負(fù)荷卻最重 。生成樹(shù)構(gòu)建的下一步是讓每一個(gè)網(wǎng)橋決定通向根橋的最短路徑，這樣，各網(wǎng)橋就可以知道如何到達(dá)這個(gè)“中心” 。這一步會(huì)在每個(gè)局域網(wǎng)進(jìn)行，它選擇指定的網(wǎng)橋，或者與根橋最接近的網(wǎng)橋 。指定的網(wǎng)橋?qū)褦?shù)據(jù)從局域網(wǎng)發(fā)送到根橋 。最后一步是每個(gè)網(wǎng)橋要選擇一個(gè)根端口 。所謂根端口也即“用來(lái)向根橋發(fā)送數(shù)據(jù)的端口” 。注重，一個(gè)網(wǎng)橋上的每一個(gè)端口，甚至連接到終端系統(tǒng)(計(jì)算機(jī))的端口，都將參加這個(gè)這個(gè)根端口選擇，除非你將一個(gè)端口設(shè)置為“忽略” 。
上面就是生成樹(shù)算法的過(guò)程 。但是，這還不能解釋生成樹(shù)在現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)際上在做什么 。我們說(shuō)，這種計(jì)算是破壞性的 。毫無(wú)疑問(wèn)，它確實(shí)是如此 。要進(jìn)行這種計(jì)算，網(wǎng)橋必須停止所有的通信 。網(wǎng)橋要經(jīng)過(guò)一系列的測(cè)試和學(xué)習(xí)階段，只有在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立起來(lái)之后才開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù) 。網(wǎng)橋只有在拓?fù)錂C(jī)構(gòu)改變的時(shí)候或者網(wǎng)橋得到一個(gè)BPDP包時(shí)才會(huì)進(jìn)行，想起來(lái)這種情況應(yīng)該很少，可事實(shí)上，這種計(jì)算發(fā)生的頻度要比你想象的多 。
生成樹(shù)協(xié)議思路是，你答應(yīng)有一個(gè)連接錯(cuò)誤，因?yàn)槟阍谝粚?duì)網(wǎng)橋之間存在兩條物理連接 。生成樹(shù)協(xié)議在一個(gè)端口需要使用之前將封鎖那個(gè)端口 。因此，我們應(yīng)該可以拔掉冗余的連接，并且在不中斷通信的情況下把它連接到其它的網(wǎng)橋 。很可惜，它不是這樣工作的 。
當(dāng)一個(gè)物理連接的網(wǎng)橋新網(wǎng)橋連線(xiàn)時(shí)，它將發(fā)送重新設(shè)置BPDU，其它連接的設(shè)備將遵照施行 。當(dāng)生成樹(shù)協(xié)議開(kāi)始計(jì)算的時(shí)候，所有的通信都要停止大約50秒 。這些時(shí)間可以說(shuō)是物有所值，因?yàn)槟銉H僅被限制在一個(gè)很短的停機(jī)時(shí)間內(nèi) 。假如交換機(jī)被擠暴，或者你缺少多余的路徑，將會(huì)出現(xiàn)永久的停機(jī) 。相比之下，停機(jī)50秒鐘只是非常輕的損失 。另外，很多現(xiàn)代廠(chǎng)商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了快速生成樹(shù)協(xié)議，這是老的生成樹(shù)協(xié)議的一個(gè)改進(jìn)版本，更加注重了在重新計(jì)算拓?fù)鋾r(shí)的開(kāi)銷(xiāo)，并且與老版本的協(xié)議兼容 。在大多數(shù)情況下，它可以把以前多達(dá)50秒的計(jì)算時(shí)間縮短到不足3秒，從這點(diǎn)看，任何人都應(yīng)該使用新的快速生成樹(shù)協(xié)議 。

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