探析网桥优先级
2017-11-07
网络拓扑如图1所示。在该网络中，谁将被选举为VLAN1对应生成树的根网桥呢？由拓扑图中标注的数据可知，Switch1和Switch3的优先级相同，都是默认值32768，Switch2的优先级48452大于32768。而Switch3的MAC地址比Switch1的MAC地址小，所以根桥应该是Switch3。下面我们通过对网桥优先级的进一步理解，说明事实并非如此！
图1 网络拓扑图
表1 BID的构成
根桥的选举原则
根桥的选举就是在运行STP协议的交换机中相对某个VLAN选举出一个唯一的根桥。根桥的选举依据是网桥协议数据单元报文中BID（Bridge ID）字段值。BID字段有8个字节共64位，如表1所示。
系统ID扩展即VLAN ID，用以区别不同VLAN的生成树。桥优先级和系统ID扩展是一起计算的，桥ID为高4位，系统ID扩展为低12位，组合成一个16位2字节的数据。为不引起混淆而有所区分，本文对其命名为“组合优先级”，用大写字母P表示，桥优先级用小写字母p表示。
由于同一颗生成树对应同一个VLAN，所以在一颗生成树中选举根网桥时不用考虑VLAN ID，可只比较桥优先级p和MAC。在进行BID比较时，从左到右按桥优先级p（或组合优先级P）和MAC地址逐级比较，数值越小，被选举为根桥的优先级越高。
表2 BID中各数值的取值范围
参数的取值范围及计算公式
对于VLAN 1的生成树，VLAN ID都是1，即0000 0000 0001B。桥优先级p为16位二进制数（不是4位），低12位为全0，高4位从0000B到 1111B，其 范 围 为0000 0000 0000 0000B到1111 0000 0000 0000B，即 0到61440。BID中各数值的取值范围如表2所示。
由表2看出，组合优先级最小值是0000 0000 0000 0001B=1D，最 大 值 是1111 0000 0000 0001B=61441D，形成等差数列，其公差为4096。从组合优先级P中减去VLAN ID，其数值为0，4096，……，61440，也形成等差数列，公差为4096，即都是4096的倍数。由表2得：
组合优先级P=桥优 先 级（xxxx 0000 0000 0000B）+VLAN ID（0000 0000 0001B），即 ：P=p+v=k*4096+v，其 中0≤k≤15且k∈N,v为VLAN ID。
对于不同颗的生成树，VLAN ID从 0000 0000 0001B到 1111 1111 1110B，即从 1到 4094 （VLAN 0和VLAN 4095用作协议保留），最多支持4094颗生成树。组合优先级P的范围从0000 0000 0000 0001B到1111 1111 1111 1110B，即从 1到65534。
为什么桥优先级的默认值取为32768而不是别的数据呢？因为32768对应的1000B刚好是在0000B到1111B最中间的2个数0111B和1000B中的1000B。
根桥的判断
如果图1中标注的“网桥优先级”是指纯桥优先级p，则 Switch2的 48452不是4096的倍数，不能做为桥优先级。如果图1中标注的“网桥优先级”是指16位的组合优先级P，则根据P=k*4096+v知：
48452=k*4096+v，0≤ k≤ 15且 k∈ N，即48452=11*4096+3396
说明桥优先级p=11*4096=45056，VLAN ID=3396，这是 针对VLAN 3396的一颗生成树。这时，对于Switch1和Switch3的32768来说,方程：32768=k*4096+3396
应该有在区间[0，15]上的整数解，然而它没有。所以无论把32768和48452理解成桥优先级p或者组合优先级P，都是矛盾的。
实践验证
对于VLAN 1的生成树，配置Switch2的优先级为48452的命令为：Switch2(config)#spanning-tree vlan 1 priority 48452
回车后出现如下提示：%Bridge Priority must be in increments of 4096.
% Allowed values are:0 4096 …… 61440
提示中说，桥优先级必须设置成4096的倍数，比如0，4096,……，61440。 虽 然 手工设置了priority 48452，但该命令的操作并没有成功，Switch2的优先级仍然还是默认的32768，并没有因为该命令的执行而将其优先级更改为48452！
通过命令：
Switch 2#show spanning-tree vlan 1
得到的结果是：
Bridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)
Address 0010.0000.0000
这进一步说明其组合优先级P是32769，桥优先级p还是32768。
结果是，三台交换机的优先级还是一样的，都是默认的32768。根桥是谁就只能由MAC地址值来判断了，经过比较，根桥是MAC地址最小的Switch2。
所以说，网桥优先级必须是4096的倍数，Switch2标注的48452不是4096的倍数，所以不能设置其为网桥的优先级。
