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生成樹協議的算法

發布時間： 2022-09-13 15:18:21

生成樹協議的算法，我們都知道，在樹形結構中，一定是有一個根的。在生成樹協議里，也要確定一個根，即一臺交換機作為根交換機，我們稱為根橋。根橋的作用，就是作為一個生成樹形結構的參考點，以決定在環路中哪個端口應該是轉發狀態，哪個端口應該是阻塞狀態。我們以圖1為例講解生成樹協議的算法。

圖1 生成樹協議算法基本圖

生成樹協議算法的第一步，就是要確定哪臺交換機是根橋。確定根橋的算法是比較交換機之間的優先級加MAC地址所得來的值。思科的交換機的優先級可以是0～65535 范圍里的值。

但是由于思科的交換機默認的優先級是32768，如果不使用命令改變優先級的話，所有思科的交換機的優先級都是一樣的。結果，在確定根橋時，往往是比較根橋的MAC地址，MAC地址最小的交換機就成為根橋。

在圖1中，交換機A就是根橋，因為它的MAC地址最小。如果想要人為地讓某臺交換機成為根橋，那么需要改變交換機的優先級，把交換機的優先級改成1，則該交換機將成為根橋。

交換機A成為根橋，意味著交換機A上的所有端口都成為標志端口(Designated Port)，如圖2所示。

圖2 根橋上的所有端口都是標志端口

在每個網絡分段上，距離根橋最近的端口就是標志端口，擁有那個端口的交換機叫做標志交換機，每個網絡分段上的流量都會通過標志端口從標志交換機上轉發向根橋。所以，根橋的所有端口都是它所連接的網絡分段上的標志端口。根橋的所有端口都不能是阻塞狀態。

那么，圖1中環路的阻塞只能在交換機B或者交換機C上。該阻塞哪個交換機的哪個端口呢?要回答這個問題，首先要弄清楚，這兩臺交換機上有哪些端口不能被阻塞。請看圖3。

圖3 到達根橋路徑開銷最小的端口是根端口

每一臺非根橋的交換機，都有一個端口成為根端口。根端口是該交換機上到達根橋路徑開銷最小的端口，該端口不能被阻塞。

什么是路徑開銷呢?我們要先了解什么是端口開銷。

交換機上的每個端口都有端口開銷，它的大小根據端口所連接的介質不同而不同，如表1所示。

表1 各種介質的開銷

那么，端口上的路徑開銷就是到達某個目的設備的路徑上一系列端口開銷的和。例如，在圖3中，所有的鏈路都是100Mb/s的以太線，那么交換機C上的端口1/1和端口1/2的端口開銷都是19，但是端口1/1到達根橋的路徑開銷是19，而端口1/2到達根橋的路徑開銷是19，而端口1/2到達根橋的路徑開銷是38，所以端口1/1是根端口。同理，交換機B的1/1端口是根端口，而1/2端口不是。

如果我們將這個拓撲結構稍做變化，如圖4所示，將交換機A與交換機C之間的以太線換成10Mb/s的，那么根端口就不同了。交換機C的1/1端口路徑開銷就變成了100，而1/2端口的開銷還是38，1/2端口變成了根端口。

圖4 拓撲結構變化圖

我們還是回到圖3?，F在，只剩下交換機B和交換機C的1/2端口了，在這兩個端口中將要阻塞一個端口，到底阻塞誰呢?

兩臺交換機依然是采取比較MAC地址的辦法決定阻塞哪個端口。MAC地址較大的交換機上的1/2端口被阻塞，所以交換機C上的1/2端口被阻塞，交換機B上的1/2端口是轉發狀態。同時，交換機B的1/2端口也成為標志端口，如圖5所示。

圖5 生成樹協議計算完畢

這樣，這個環路的生成樹協議就計算完畢了。

但是，這個例子還不包括所有的情況，比如圖6 所示的情況：兩臺交換機用兩根100Mb/s的網線相連，交換機A是根端口，交換機B上哪一個是根端口，哪一個端口應該被阻塞呢?

圖6 兩臺交換機組成的環路

由于在圖6中，交換機B的兩個端口到根橋的路徑開銷相同，交換機B會把端口ID小的端口作為根端口，而端口ID大的端口被阻塞，如圖7所示。

圖7 兩臺交換機組成的環路的根端口選擇

從生成樹協議的算法我們可以看出，生成樹協議是根據交換機的MAC地址及鏈路上的路徑開銷等因素來計算應該阻塞哪臺交換機的哪個端口的。

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