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7.3 生成樹協議

生成樹協議（STP）是由Sun微系統公司工程師拉迪亞？珀爾曼（Radia Perlman）博 士發明的。使用珀爾曼博士發明的這種方法能夠達到二層路由的理想境界：冗余和無環路 運行。

如果不采用生成樹協議，每一臺交換機將無限地復制它們收到的第一個數據包，直 到內存耗盡和系統崩潰為止。在二層，沒有任何東西能夠阻止這種環路的事情發生。生 成樹協議在當前可用的連接都有效時關閉一個或者多個冗余連接，而在當前連接出現故 障后，再啟用這些被關閉的冗余連接。生成樹協議決定使用哪一個連接完全取決于網絡 的拓撲結構。

生成樹協議拓撲結構的思路是，二層網絡設備網橋能夠自動發現一個沒有環路的拓撲結 構的子網，也就是一個生成樹，樹狀的結構是不會出現環形的。生成樹協議還能夠確定有足 夠的連接通向這個網絡的每一個部分。它將建立整個局域網的生成樹。當首次連接網橋或者 發生拓撲結構變化時，網橋都將進行生成樹拓撲的重新計算。

當一個網橋收到某種類型的“設置信息”（一種特殊類型的橋接協議數據單元，BPDU） 時，網橋就開始從頭實施生成樹算法。這種算法從根網橋的選擇開始。根網橋（rootbridge） 是整個拓撲結構的核心，顧名思義，它處于這個“生成樹”的根部，所有的數據實際上都 要通過根網橋。在手工設置根網橋時要特別注意。對于思科設備來言，其根網橋的選擇過 程暴露出一些問題，就是過分簡單化。思科硬件通常使用最低的MAC地址，具備這些地 址的設備通常是網絡中最陳舊的設備，因而其交換速度常是最慢的，而從根網橋在網絡中 的位置看，它負荷卻最重。生成樹構建的下一步是讓每一個網橋決定通向根橋的最短路徑， 這樣各網橋就可以知道如何到達這個“中心”.這一步會在每個局域網進行，它選擇指定的 網橋，或者與根橋最接近的網橋。指定的網橋將數據從局域網發送到根橋。最后一步是每 個網橋要選擇一個根端口。根端口是“用來向根橋發送數據的端口”.注意，一個網橋上的 每一個端口，甚至連接到終端系統（計算機）的端口，都將參加這個根端口選擇，除非將 端口設置為“忽略”.

上面就是生成樹算法的過程。但是，這還不能解釋生成樹在現實世界中實際的功能。但 這種計算是破壞性的。要進行這種計算，網橋必須停止所有的通信。網橋要經過一系列的測 試和學習階段，只有在拓撲結構建立起來之后才開始發送數據。網橋只有在拓撲機構改變的 時候或者網橋得到一個BPDP包時才會進行，事實上，這種計算發生的頻度很高。

當一個物理連接的網橋新網橋連線時，它將發送重新設H BPDU,其他連接的設備將進 照施行》當生成樹協議開始計算的時候。所有的通信都要停止大約50s.這些時間可以說是 物有所值，因為這被限制在一個很短的停機時間內。如果交換機被擠暴，或者缺少多余的路 徑，將會出現一直的停機。

另外，很多現代廠商已經實現了快速生成樹協議，這是生成樹協議的一個改進版本。它 更加注意在重新計算拓撲時的開銷，并且與老版本的協議兼容。在大多數情況下，它可以把 以前多達50s的計算時間縮短到不足3s.

啟用生成樹功能可以通過多個連接把兩個網橋連接在一起，并且不產生環路。如果連接 之中的一個網橋壞了，可以繞過這個網橋，使用另一個網橋。這個工作原理是雖然現用的交 換機封鎖其備用的連接，但是，它默默地監聽BPDU更新并且仍然知道哪一個連接通向根橋。 這就是說，如果進行了適當的設置，如果其中一個物理連接碰巧是-條虛擬局域網trunk線， 會出現什么情況呢？如果只有一個運行的生成樹實例，這個生成樹可能會發現_k中的一 個網絡不應該使用這個連接（turnk端口匯聚將多條物理連接匯聚為一個帶寬更大的邏輯連 接）。除了關閉整個連接之外，沒有其他的選擇。

對于每一個虛擬局域網一個生成樹協議（PVST/per-VLAN spanning trees）的情況，當啟 用這項功能的時候，一個網橋將為該網橋上的每一個虛擬局域網運行一個生成樹實例。如果 一個trunk連接包含虛擬局域W丨、2和3,它可以決定虛擬局域網1和2不能使用哪條路徑， 但是仍然允許虛擬局域網3使用這條路徑。在復雜的網絡中，還有許多虛擬局域網3只有一 個出口的情況，這可能是因為管理員要限制虛擬局域網3訪問的范圍。如果不使用PVST, 而且trunk端U被生成樹封鎖，這個網橋上的虛擬局域網3將失去與其局域網的其他方面的 連接。建議使用PVST.

發送BPDU數據的任何端口都能夠引起網絡中斷。這也包括運行ettercap軟件和其他非 法程序的計算機。一定要在所有的端口啟用類似于思科的“BPDU-Guard”這樣的技術來封鎖 BPDU數據包。這些BPDU數據包不僅能夠引起生成樹協議重新進行計算，而且一臺計算機 也可以參加投票并且贏得這個選擇。

小結：

生成樹協議提供一種控制環路的方法。采用這種方法，在連接發生問題的時候，以 太網能夠繞過出現故障的連接。

生成樹中的根橋是一個邏輯的中心，并且監視整個網絡的通信。最好不要依賴設備 的自動選擇去挑選哪一個網橋會成為根橋。？生成樹協議重新計算的過程復雜：恰當地設置主機連接端口（這樣就不會引起重新 計算），推薦使用快速生成樹協議。

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