園區網中防止二層環路技術研究與對比

申紅巖 ，劉俊灼

1.山東省德州新星職業學校網絡組，山東德州 251200

2.江西省景德鎮高等專科學校人文旅游系，江西景德鎮 333000

在中小型網絡工程設計當中最該避免的是有二層環路的存在，因此我們通常都把網絡設計為樹形或星形結構，然而在大中型園區網絡的設計當中主鏈路和備份鏈路、負載均衡等技術都有大量的實施，這樣一來就必然會存在大量二層環路的問題。本文主要是闡述和對比防止二層環路的STP、RSTP和MSTP技術，并得出結論現實工程當中防二層環路時MSTP的應用最為廣泛。

1 園區網結構模型

在大中型園區當中，通常是按照核心層、匯聚層和接入層的結構設計并在網絡出口處添置出口路由器和防火墻（如圖1）。在接入層和匯聚層之間以及匯聚層與核心層之間存在著大量的二層環路，因此我們為了防止二層環路的影響必須引入生成樹協議（STP）。

圖1 園區網結構模型

2 生成樹協議介紹和對比

2.1 STP簡介

生成樹協議時802.1D中定義的一個應用于網橋的協議，這個協議為網橋定義了一組規則用于探知鏈路層拓撲，并對網橋的鏈路層轉發行為進行控制。如果生成樹協議感知到網絡中存在環路，那么它會在環路上選擇一個恰當的位置阻塞鏈路上的端口——阻止轉發或接受數據報文，通過這種方式消除環路上可能產生的廣播風暴。STP協議中定義了根橋（RootBridge）、根端口（RootPort）、指定端口（DesignatedPort）、路徑開銷（PathCost）等概念，目的就在于通過構造一棵自然樹的方法達到裁剪冗余環路的目的，同時實現鏈路備份和路徑最優化。用于構造這棵樹的算法稱為生成樹算法SPA（Spanning TreeAlgorithm）。要實現這些功能，網橋之間必須要進行一些信息的交流，這些信息交流單元就稱為配置消息BPDU（BridgeProtocol Data Unit）。STP BPDU是一種二層報文，目的MAC是多播地址01-80-C2-00-00-00，所有支持STP協議的網橋都會接收并處理收到的BPDU報文。該報文的數據區里攜帶了用于生成樹計算的所有有用信息。

2.2 RSTP簡介

隨著應用的深入和網絡技術的發展，STP協議的缺陷主要表現在收斂速度上。為了解決STP協議的這個缺陷，在世紀之初IEEE推出了802.1w標準，作為對802.1D標準的補充。在IEEE 802.1w標準里定義了快速生成樹協議RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）。RSTP協議在STP協議基礎上做了三點重要改進，使得收斂速度快得多（最快1秒以內）。第一點改進：為根端口和指定端口設置了快速切換用的替換端口（Alternate Port）和備份端口（Backup Port）兩種角色，當根端口/指定端口失效的情況下，替換端口/備份端口就會無時延地進入轉發狀態。第二點改進：在只連接了兩個交換端口的點對點鏈路中，指定端口只需與下游網橋進行一次握手就可以無時延地進入轉發狀態。如果是連接了三個以上網橋的共享鏈路，下游網橋是不會響應上游指定端口發出的握手請求的，只能等待兩倍Forward Delay時間進入轉發狀態。第三點改進：直接與終端相連而不是把其他網橋相連的端口定義為邊緣端口（Edge Port）。邊緣端口可以直接進入轉發狀態，不需要任何延時。

2.3 MSTP簡介

STP協議和RSTP協議以及Cisco的私有協議PVST+ 都屬于單生成樹（SST）協議，也就是對于支持多vlan的設備只能運行單一的生成樹。MSTP是IEEE 802.1s中提出的一種STP和VLAN結合使用的新協議，它既繼承 了RSTP端口快速遷移的優點，又解決了RSTP中不同 vlan必須運行在同一棵生成樹上的問題。

多生成樹協議MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）是IEEE802.1s中定義的一種新型生成樹 協議。簡單說來，STP/RSTP是基于端口的，PVST＋是基于VLAN的，而MSTP是基于實例的。與 STP/RSTP和PVST+相比，MSTP中引入了“實例”（Instance）和“域”(Region) "的概念。所謂“實例”就是多個VLAN的一個集合，這種通過多個VLAN捆綁到一個實例中去的方法可以節省通信開銷和資源占用率。MSTP各個實例拓撲的計算是獨立的，在這些實例上就可以實現負載均衡。使用的時候可以把多個相同拓撲結構的VLAN映射到某一個實例中，這些VLAN在端口上的轉發狀態將取決于對應實例在MSTP里的轉發狀態。

3 結論

隨著新技術的不斷產生，生成樹協議也有它的發展軌跡。從STP到RSTP再到MSTP，目前的園區網絡建設當中必然是多VLAN的網絡結構，因此在二層防環的技術實施當中MSTP應用應該是最為廣泛。

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