以太网生成树协议.docx

生成树协议问答
作者:  |  上传时间:2009-11-16  |  关键字:
问:“有以太网的时候就有生成树协议吗?”
答:“不是的,在最初的以太网环境里是不存在生成树协议的,因为那个时候的以太网是基于总线共享的,在这种介质中不存在环路,所以也就不需要生成树协议了。直到网桥将存储转发机制引入以太网后,人们才发现不得不借助一种机制来阻止环路对以太网带来的危害——这种机制就是生成树协议。”
问:“为什么共享以太网中不会出现环路呢?”
答:“在共享介质中,以太网设备工作在半双工状态下,通过CSMA/CD机制抢夺发言权,我们管这种环境叫做冲突域,报文在冲突域中广播。在这个冲突域中,任何设备在‘听’的时候是无法‘说’的,在‘说’的时候也不会‘听’到自己‘说’了什么。在这种环境下,如果用两根同轴电缆将两个冲突域连接起来,那么它们就形成一个大的冲突域。由于共享介质没有任何记忆功能,只是在不同的设备间提供了一个消息传播的渠道,所以只要周围设备保持沉默,这个冲突域内总是安静的。即使如集线器(Hub)这样的设备,如果将两个端口环接起来;或者用两条网线将两个Hub连接起来;又或者将多个Hub连成环状,虽然构造出了一个物理的环形,但是在逻辑上还是一根总线,所以早期的以太网里是不存在环路问题的。”
问:“那网桥又是怎么将环路引入以太网的呢?”
答:“网桥是为了减轻冲突域对通讯效率的影响而产生的,它在网络中起到了隔离冲突域的作用,网桥的每一个接口连接到一个冲突域中,却并不像Hub一样将这些冲突域连成一个更大的冲突域。这样带来了一个问题,如果信号到达网桥的一个接口上时,目的接口所连接的冲突域内并不‘安静’,网桥不能马上转发这个信号,这样就会造成信息丢失。为了解决这个问题,网桥会将这个信号储存起来,等目的接口所连接的冲突域‘安静’下来以后,再将刚才存储起来的信号转发出去。每个经过网桥转发的报文都会先被网桥缓存起来,然后再被转发出去。这就导致网桥在转发报文的时候,‘听’和‘说’是不同步的,这种‘生理缺陷’对于网桥这种没有‘智能’又没有见过什么世面的二层设备而言,简直是致命的——它分不清自己所听到的是不是自己刚才说过的。
这就好像《小孩和回音》那个寓言中的小孩一样,小孩对着大山喊了一声,大山的回音就回答一声,小孩不知道这个是他自己的回声,以为是别人跟他打招呼,就跟自己的回声自问自答起来。如果不是小孩的妈妈来打断他这种无休无止的行为的话,他非要叫到精疲力竭才能歇下来。
图1 两台网桥形成的环路
网桥在面对自己的回音时,虽然不至于像孩子一般也会高兴生气,却也一丝不苟地忠实于自己的本职工作。像图1中两台网桥,被两根网线连接起来。恰巧这个时候一个广播包从SWA的左侧端口被发送出来,SWB收到了这个广播包,于是将它缓存起来;当SWB缓存了整个广播包后,瞅着右侧端口有空就从右侧端口又发了出去——这是SWB的职责所在,将广播报文在所有端口上转发,而SWB也确实这么尽职尽责地做了。于是这个广播包又被SWA的右侧端口收到——就像回音一样——但是SWA显然不知道这个广播包是它刚才发送给SWB的,于是把这个广播包当作是一个全新的广播包缓存起来,然后在左侧端口空闲时再发送出去。对于SWA而言,被SWB缓存后再发送出来的广播包是一个全新的广播包——就像大山的回音一样,在过了一段时间再回到小孩子的耳朵里后,听起来就好像别人说的一样。
这样广播包在SWA和SWB之间的这两条链路上,被转着圈地反复转发,这样构成了一个环行的转发通道,也就是我们常说的环路。在实际网络中环路不会像图1一样显而易见,它有可能是经过了好几台设备然后绕回来的,大多数时候这种环路是由于没有好的规划,不经意间造成的,比如用一根网线将一堆链形连接的设备首尾连接起来。”
“这种环路对网络有什么危害么?”
“二层环路最大的危害就是会产生广播风暴,以太网是一个支持广播的网络,在没有环路的环境中,广播包在网络中以泛洪的形式被送达到网络的每一个角落,以保证每个设备都能接收到它。在带宽允许的情况下,每个网桥在接收到广播报文以后,都会向除接收端口以外的其他所有端口转发这个广播包,一旦网络中有环路,这种简单的广播机制就会引发灾难性的后果。
让我们回到图1,依旧以逆时针转发方向为例,如果SWA收到了一个广播包,将这个广播包从左侧端口转发出去,SWB收到后再从右侧端口转发回来,于是SWA再从左侧端口转发出去,SWB继续从右侧端口转发回来,直到环路消失之前,这种转发行为会无休止地重复下去;当然在顺时针转发方向也有同样的问题。
由于SWA和SWB都尽职尽责地将这个已经被重复转发了无数次的广播包在收到后的第一时间内再次转发出去,导致两个相邻的广播包之间只相隔了很短的一段时间,这样在SWA和SWB之间的这个环路上,一个