园区网中防止二层环路技术研究与对比

2011-08-30申红岩刘俊灼

科技传播 2011年2期

申红岩，刘俊灼

1.山东省德州新星职业学校网络组，山东德州 251200

2.江西省景德镇高等专科学校人文旅游系，江西景德镇 333000

在中小型网络工程设计当中最该避免的是有二层环路的存在，因此我们通常都把网络设计为树形或星形结构，然而在大中型园区网络的设计当中主链路和备份链路、负载均衡等技术都有大量的实施，这样一来就必然会存在大量二层环路的问题。本文主要是阐述和对比防止二层环路的STP、RSTP和MSTP技术，并得出结论现实工程当中防二层环路时MSTP的应用最为广泛。

1 园区网结构模型

在大中型园区当中，通常是按照核心层、汇聚层和接入层的结构设计并在网络出口处添置出口路由器和防火墙（如图1）。在接入层和汇聚层之间以及汇聚层与核心层之间存在着大量的二层环路，因此我们为了防止二层环路的影响必须引入生成树协议（STP）。

图1 园区网结构模型

2 生成树协议介绍和对比

2.1 STP简介

生成树协议时802.1D中定义的一个应用于网桥的协议，这个协议为网桥定义了一组规则用于探知链路层拓扑，并对网桥的链路层转发行为进行控制。如果生成树协议感知到网络中存在环路，那么它会在环路上选择一个恰当的位置阻塞链路上的端口——阻止转发或接受数据报文，通过这种方式消除环路上可能产生的广播风暴。STP协议中定义了根桥（RootBridge）、根端口（RootPort）、指定端口（DesignatedPort）、路径开销（PathCost）等概念，目的就在于通过构造一棵自然树的方法达到裁剪冗余环路的目的，同时实现链路备份和路径最优化。用于构造这棵树的算法称为生成树算法SPA（Spanning TreeAlgorithm）。要实现这些功能，网桥之间必须要进行一些信息的交流，这些信息交流单元就称为配置消息BPDU（BridgeProtocol Data Unit）。STP BPDU是一种二层报文，目的MAC是多播地址01-80-C2-00-00-00，所有支持STP协议的网桥都会接收并处理收到的BPDU报文。该报文的数据区里携带了用于生成树计算的所有有用信息。

2.2 RSTP简介

随着应用的深入和网络技术的发展，STP协议的缺陷主要表现在收敛速度上。为了解决STP协议的这个缺陷，在世纪之初IEEE推出了802.1w标准，作为对802.1D标准的补充。在IEEE 802.1w标准里定义了快速生成树协议RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）。RSTP协议在STP协议基础上做了三点重要改进，使得收敛速度快得多（最快1秒以内）。第一点改进：为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口（Alternate Port）和备份端口（Backup Port）两种角色，当根端口/指定端口失效的情况下，替换端口/备份端口就会无时延地进入转发状态。第二点改进：在只连接了两个交换端口的点对点链路中，指定端口只需与下游网桥进行一次握手就可以无时延地进入转发状态。如果是连接了三个以上网桥的共享链路，下游网桥是不会响应上游指定端口发出的握手请求的，只能等待两倍Forward Delay时间进入转发状态。第三点改进：直接与终端相连而不是把其他网桥相连的端口定义为边缘端口（Edge Port）。边缘端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时。

2.3 MSTP简介

STP协议和RSTP协议以及Cisco的私有协议PVST+ 都属于单生成树（SST）协议，也就是对于支持多vlan的设备只能运行单一的生成树。MSTP是IEEE 802.1s中提出的一种STP和VLAN结合使用的新协议，它既继承了RSTP端口快速迁移的优点，又解决了RSTP中不同 vlan必须运行在同一棵生成树上的问题。

多生成树协议MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）是IEEE802.1s中定义的一种新型生成树协议。简单说来，STP/RSTP是基于端口的，PVST＋是基于VLAN的，而MSTP是基于实例的。与 STP/RSTP和PVST+相比，MSTP中引入了“实例”（Instance）和“域”(Region) "的概念。所谓“实例”就是多个VLAN的一个集合，这种通过多个VLAN捆绑到一个实例中去的方法可以节省通信开销和资源占用率。MSTP各个实例拓扑的计算是独立的，在这些实例上就可以实现负载均衡。使用的时候可以把多个相同拓扑结构的VLAN映射到某一个实例中，这些VLAN在端口上的转发状态将取决于对应实例在MSTP里的转发状态。