生成樹協(xié)議的原理
發(fā)布時(shí)間：
2022-09-13 15:05:52
生成樹協(xié)議的原理，我們已經(jīng)知道了，通過(guò)冗余的設(shè)計(jì)，可以盡可能地避免那些造成網(wǎng)絡(luò)中斷的故障，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性。但是，實(shí)現(xiàn)冗余的設(shè)計(jì)也會(huì)出現(xiàn)交換環(huán)路，從而造成廣播風(fēng)暴。
而且，由于交換機(jī)是工作在OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層(二層)上的，二層的幀頭中沒(méi)有類似三層(網(wǎng)絡(luò)層)IP包頭中的TTL值(生存時(shí)間)，所以廣播幀將在環(huán)路中無(wú)休止地旋轉(zhuǎn)下去，直到耗盡帶寬和交換機(jī)資源，使網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
在生活中，如果要把一個(gè)紙環(huán)變成一個(gè)紙條，辦法很簡(jiǎn)單，剪斷它就可以了。但是在網(wǎng)絡(luò)里，我們?nèi)绾卧诒ＷC冗余性的前提下“剪斷”交換環(huán)路呢(當(dāng)然我們不能真去剪網(wǎng)線)?我們可以使用一種算法，在軟件上邏輯地使環(huán)路中的某一臺(tái)交換機(jī)上的一個(gè)端口處于不通的狀態(tài)(阻塞)。一旦網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障，該被阻塞的端口又可以在軟件上取消其阻塞狀態(tài)，變成一個(gè)可以正常收發(fā)數(shù)據(jù)幀的端口。這種軟件上的邏輯算法，就是生成樹協(xié)議。
在我們的交換網(wǎng)絡(luò)中，環(huán)路往往并不是獨(dú)立存在的，而是多個(gè)環(huán)路同時(shí)存在的，如圖1中所示的情況。
圖1 交換網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)環(huán)路
從圖1中我們可以看到，交換網(wǎng)絡(luò)中的交換設(shè)備越多，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越復(fù)雜，產(chǎn)生的環(huán)路也越多，環(huán)路之間的關(guān)系也越復(fù)雜。
要讓圖1中的網(wǎng)絡(luò)成為具有冗余性的無(wú)環(huán)路的網(wǎng)絡(luò)，就要利用軟件算法邏輯地阻塞一些交換機(jī)的端口，例如圖2所示的情況。
圖2 使用算法邏輯地阻塞交換機(jī)的端口
在圖2中，黑色的叉代表交換機(jī)的端口被邏輯地阻塞(注意，所謂邏輯地阻塞是在交換機(jī)的操作系統(tǒng)軟件里不允許數(shù)據(jù)幀從該端口收發(fā)，該端口在物理上并沒(méi)有被關(guān)閉，還是處于up狀態(tài)，以備在出現(xiàn)物理故障時(shí)，該端口能夠快速地切換為正常收發(fā)數(shù)據(jù)的端口，即轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，從而在保證了冗余的同時(shí)，切斷了環(huán)路)。在邏輯地阻塞了交換機(jī)A和交換機(jī)C的端口之后，網(wǎng)絡(luò)在邏輯上實(shí)際變成了如圖3所示的樣子。
圖3 無(wú)環(huán)路的樹形結(jié)構(gòu)
從圖3中我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)里“剪斷”了環(huán)路之后，在邏輯上就生成了樹形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
我們已經(jīng)知道，負(fù)責(zé)在邏輯上解決環(huán)路問(wèn)題的算法是生成樹協(xié)議。實(shí)際上，該算法的目的就是在網(wǎng)絡(luò)中把復(fù)雜的環(huán)路變成簡(jiǎn)單且無(wú)環(huán)路的樹形結(jié)構(gòu)。
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