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STP生成树连载:制服网络广播风暴
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2009-05-24
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网络冗余设计与广播风暴的矛盾 广播风暴的克星:设计STP网络生成树 技术剖析:STP生成树初始化与收敛 案例分析:观察生成树收敛过程 实战剖析:STP生成树如何配置? 技术进化:RSTP快速生成树配置
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STP 生成树连载:制服网络广播风暴
【专稿】要保证企业的网络中的关键应用可持续性,就需要对交换网络
进行冗余设计,然而这将产生广播风暴、“网络环路”等问题,严重时,将导致
整个网络瘫痪?于是, 生成树解决办法出现了……
网络冗余设计与广播风暴的矛盾
广播风暴的克星:设计
STP
网络生成树
技术剖析:
STP
生成树初始化与收敛
案例分析:观察生成树收敛过程
实战剖析:
STP
生成树如何配置?
技术进化:
RSTP
快速生成树配置
网络冗余设计与广播风暴的矛盾
在一个包含有交换机与网桥的网络中,消除环路对于获得可靠通信与防止
流量在网络中不停循环必不可少。生成树协议(
,),工作在 七层模型中第二层,其应用能够使交换机或者
网桥通过构成“生成树”,在网络拓扑中动态执行“环路遍历”,通过逻辑判断网络
的链路,达到网络无环路和链路冗余的目的。
网络冗余拓扑设计与环路
访问文件服务器、数据库、因特网、企业内部网和企业外部网,这些对于
商业成功有着关键作用。如果网络瘫痪了,生产就会蒙受损失,顾客就会不满。
因此,在如今的网络工程设计中,冗余设计是考验一个网络稳定的关键环节,
链路冗余使网络具有了容错功能,但如何在冗余设计中避免“网络环路”的危害
呢?
.网络的高可用性
所有的网络设计者和管理者都在追寻 天 小时, 周 天都能正常运行
的计算机网络。但达到 正常运行是几乎不可能的,所以 (即
“ 个 )的可靠性则是一些公司设定的目标。这意味着平均每 年才有 天
的故障时间,平均每 天才有 小时的故障时间,平均每年只有
的故障时间。此外,对许多企业(如金融机构、医院、 等)而言,如果发
生这些故障,则会带来巨大的商业损失。
达到 的可靠性的目标需要极其可靠的网络。就本章而言,网络
的可靠性来源于可靠的设备和可以容忍故障和错误的网络设计,为了屏蔽故障,
网络应当设计成能够快速收敛。
部分局域网在早期的建设中,由于成本的原因并未在设计中考虑冗余问题,
而在后期优化工作中则需从网络链路和网络设备两方面着手。条件允许的话最
好能够提供不同物理方向的双归属、双路由保护。设备的冗余是指采用冗余配
置的单机或多台设备互为热备份,但是一般情况下多台设备互为热备份的方式
比较昂贵。因此,生成树技术存在着很大应用需求市场。
.冗余拓扑
冗余拓扑(!"#"$)的目标是消除由于单点故障引起的
网络中断。这就和我们每天上班途经的公路一样,如果正在进行道路维修的话,
我们同样可以通过绕行来到达目的地。如图 中所示,网段 中的所有客户
端在交换机出现故障时,网络应用不会受到影响。交换机 % 如果出现故障,网
络流量依然可以通过交换机 & 到达服务器和路由器。
图 '冗余拓扑网络
容错性通过冗余来实现。冗余指的是多于和大于一般情况和正常情况下所
应该有的冗余设计可以贯穿整个三层结构(核心、汇聚、接入),每个冗余设
计都有针对性,可以选择其中一部分或几部分应用到网络中以针对重要的应用
系统。万一网络中某条路径失效时,冗余链路可以提供另一条物理路径。可采
用链路聚合((((")实现“端口级”冗余,以克服某个端口或线路引起
的故障;也可采用生成树协议((((")提供“设备级”的冗余连接。
冗余设计带来环路冲突、广播风暴
交换机学习连接到其端口设备的 )%* 地址,以便于工作数据能够正确转
发到目的地。在交换机获得设备的 )%* 地址之前,它会把未知的目的地的帧
泛洪出去,广播和多播也会被泛洪出去。所以,冗余交换拓扑也会导致广播风
暴、帧的反复重传和 )%* 地址表不稳定的问题。
从生成树的发展历程来看,透明网桥转发数据帧时,如果有环路,数据帧
将会在环路中来回传递,大量增生数据帧,形成广播风暴。如图 所示,显
示了一个核心的数据区域的多环形网络。
多环形网络可以实现任何一条链路出现问题都不影响应用,但在环形交换
网络中很容易出现“广播风暴”。出现“广播风暴”主要有两种原因:广播和电缆中
断引发环路。
1)广播环路
图 中说明广播环路的形成。网络两台交换和两台主机,两台交换机之
间环形连接,如果没有启用生成树,主机 % 向主机 & 发送广播帧。
''
' 图 '高可靠多冗余网
络示意图•
图 '广播环路产生
示意图
假设两台交换机均没有运行生成树,主机 % 发送 )%* 为 ++++++++++
++的广播帧①,由于以太网络是星形或总线形,广播同时发送到 , 和
, 上②,当广播帧达到 ,- 端口时,, 通过端口 - 将该广播帧
发送给 ,的 - 口③④,, 通过 - 端口又将该广播帧发给 , 的
-端口⑤⑥,, 将该数据帧继续通过 - 端口继续发给 ,的 - 口
⑦,这样一个环路形成;另外我们注意到,第一个广播帧也发给 , 的
-,, 也一样将该广播帧发给 ,,这样双向广播形成。
在路由网络中不存在这个问题,路由协议为了避免环路的性,有一个参数
叫路由老化时间(.)。而在以太交换网络中情况却不是这样,可以从以太
网帧格式分析出来,如图 所示。
图 '以太网•
/0版本 帧格式
在以太网 /0 版本 中,数据帧格式中没有类似 . 这样的老化计数器,
所以数据帧将在环路的以太网中不停的循环。可以想象,一个简单的默认广播
帧在环路中以 的 1 次方增生,眨眼间就足以将 ) 的以太网给堵死。
提示:在第三层中才有 .,随着 . 值的不断减小,直到 的进修,数
据包就会被丢弃。目前有部分厂家的交换机出厂时,默认的 是关闭的,这
样就需要提供现场工作人员一定要注意规划网络,或者项目实施的时候打开生
成树功能。
2)网络链路中断引发环路
常见的环路主要是广播环路引起,然而,单播也能引发环路,图 8-5 显示了该环路引
发的流程。
图 8-5 单播引发的环
路
假设主机 A 发送一个 Ping 单一包给主机 B2,数据包将同时发送到 SW-1 和 SW-2 的
1/1 端口上②,这时主机 B 临时关机,这是在 SW-2 上,主机 B 的 MAC 地址从 MAC 地址
表中被释放,这是 SW-1 的 MAC 表内没有主机 B 的 MAC 地址,直接将该数据包发送给
SW-2 的 1/2 端口③、④,SW-2 收到 SW-1 来的数据包,这时就有可能出现两种情况:
* SW-2 将广播该数据帧,应该主机 B 的 MAC 地址是新学到的,又重新从 1/1 口发送到回
去⑤,这样环路产生。
* SW-2 从端口 1/2 收到源地址为 AA.AA.AA.AA.AA.AA 的数据包,这是 SW-2 错误的更新
他的 MAC 地址表,误认为主机 A 从 1/2 端口学到⑥,造成网络无法正常通信。
STP 生成树连载 2:制服网络广播风暴
【IT168 专稿】要保证企业的网络中的关键应用可持续性,就需要对交换网络进行冗余设
计,然而这将产生广播风暴、“网络环路”等问题,严重时,将导致整个网络瘫痪?于是,
STP 生成树解决办法出现了……
网络冗余设计与广播风暴的矛盾
广播风暴的克星:设计 STP 网络生成树
技术剖析:STP 生成树初始化与收敛
案例分析:观察生成树收敛过程
实战剖析:STP 生成树如何配置?
技术进化:RSTP 快速生成树配置
广播风暴的克星:设计 STP 网络生成树
网络发展过程中,以太网设备由 Hub 发展到透明网桥到智能交换机。透明网桥比 Hub
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