2010年软考网络工程师难点之生成树协议解析

　　通常网络工程人员在设计和规划网络拓扑结构的时候，考虑的重要因素之一就是冗余问题，特别是在金融、政务等系统的时候，“冗余”的概念被常常提及，冗余的重要性可以避免网络出现单点故障，到也常常伴随着另外一个问题的产生，那就是“环路”。那么如何在交换网络中避免环路造成的影响，就涉及到我们今天所要剖析的内容：生成树协议。

　　我们在实现冗余的同时，几乎一定会出现环路问题，那么出现环路问题又会对网络带来怎样的危害呢?由于会产生广播风暴，广播风暴可以使得所有交换机处于忙碌的状态，在短时间内使得整个交换网络陷入瘫痪状态，使得网络终端会呈现网络传输速率极为缓慢或者根本不能连通的现象。

　　广播风暴不仅仅在交换机之间旋转，它还会向交换机的所有端口“泛洪”。也就是说，主机会不断地接收到相同的广播帧，导致出现帧的复制现象。

　　MAC地址表不稳定，由于交换机中MAC表中，一个端口可对应多个MAC地址，而一个MAC无法对应多个端口。然而在多个交换机同时作用环路时，难免会造成MAC表学习重复，使MAC地址对应的端口不断被覆盖，造成MAC地址表不稳定，从而影响到交换机的交换数据帧的速率。

　　基于以上问题，设计出来了STP生成树协议，该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，逻辑上可以使得环路上的某一台交换机的一个端口处于阻塞状态，一旦网络中出现故障，该算法可以将阻塞的端口取消其阻塞状态，变成一个可以正常收发数据帧的端口。实际上，该算法的目的是将网络中复杂的环路变成简单且无环路的树型结构。

　　在生成树协议中，首先进行根桥的选举，即一台交换机作为根交换机。根桥的作用，就是作为一个生成树协议的参考点，以决定在环路上哪个端口应该是转发状态，哪个端口应该是阻塞状态，被阻塞的端口只能接收和读取桥协议单元而不能接收和转发数据流。

　　确定具体哪台交换机为根桥，根据根桥的算法，是比较交换机之间的优先级加MAC地址所确定。思科交换机的优先级范围为0~65535。在不使用命令修改优先级的话，所有思科交换机的优先级默认都为32768。在确定根桥时，往往比较的是根桥的MAC地址。MAC地址最小的交换机就是根桥。当然如果想要人为的让某台交换机成为根桥，可以通过改变交换机的优先级达到目的。

　　而每台非根桥的交换机，都有一个端口成为根端口。根端口上是交换机上到达根桥路径开销最小的端口，不被阻塞。如果网络拓扑发生变化或是生成树中的一个路径因故障而失效时，生成树算法就会重新计算，激活其他的备份链路，并强制将原来的故障链路变为备份链路，这时端口状态也会随之改变，以保证数据的传输路径是唯一的。

　　根据考试大纲的要求，对于STP协议的配置要求相对较简单，主要是要求掌握利用STP端口权值和路径值完成负载均衡。结合《网络工程师考试冲刺指南》最新版的STP配置命令总结，我们来看以下实例：

　　两台交换机SwitchA和SwitchB通过Trunk1和Trunk2两条中继链路相连接，其中Trunk1对VLAN1-VLAN3的路径成本是18，对VLAN4- VLAN5的路径成本则是30;而Trunk2则刚好相反，如下图所示。

　　交换机SwitchA的配置应如下所示(VTP的设置部分略)：

　　SwitchA# config terminal (进入全局配置模式)

　　SwitchA(config)# interface f0/0 (进入端口0配置子模式)

　　SwitchA(config-if)# spanning-tree vlan 3 cost 18

　　SwitchA(config-if)# spanning-tree vlan 2 cost 18

　　SwitchA(config-if)# spanning-tree vlan 1 cost 18

　　SwitchA(config-if)# spanning-tree vlan 5 cost 30

　　SwitchA(config-if)# spanning-tree vlan 4 cost 30

　　SwitchA(config-if)# exit

　　SwitchA(config)# interface f0/1

　　SwitchA(config-if)# spanning-tree vlan 3 cost 30

　　SwitchA(config-if)# spanning-tree vlan 2 cost 30

　　SwitchA(config-if)# spanning-tree vlan 1 cost 30

　　SwitchA(config-if)# spanning-tree vlan 5 cost 18

　　SwitchA(config-if)# spanning-tree vlan 4 cost 18