STP的定位

在三層環(huán)境中，一組路由器彼此互聯(lián)，要實(shí)現(xiàn)選路， 可以運(yùn)行動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議，也可以使用靜態(tài)路由， 可以指定從源到達(dá)目的地通過(guò)哪條路徑，通過(guò)修改路由的屬性，比如修改度量值， 修改管理距離，而在BGP中還可以修改路徑矢量，也叫路徑屬性，通過(guò)操縱這些參數(shù)，做一個(gè)三層的路徑切換，在二層環(huán)境中， 由于交換機(jī)的智能性沒(méi)有路由器那么強(qiáng)，所以在二層環(huán)境中， 交換機(jī)之間互聯(lián)， 并且當(dāng)設(shè)備之間連接了冗余路徑之后，源到目的地走哪條路徑，如何保證源到目的地之間沒(méi)有環(huán)路，而且路徑是最優(yōu)的 這個(gè)就要依靠一個(gè)控制層面協(xié)議， 這個(gè)協(xié)議叫STP，在講STP之前， 我們先回顧一下交換機(jī)的工作原理。

交換機(jī)的工作原理

任何設(shè)備都有控制層面和數(shù)據(jù)層面， 交換機(jī)的控制層面包含的一張表，叫MAC地址表，也叫CAM表，叫內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器。這張表作為交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)表，用來(lái)幫助交換機(jī)做網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)， 這個(gè)表里面的三元素，PC的MAC地址，PC所連接的交換機(jī)的接口,以及該接口所屬的VLAN ， 通過(guò)這個(gè)表， 交換機(jī)就可以知道通過(guò)哪個(gè)接口收到流量之后再通過(guò)哪個(gè)接口發(fā)送出去，那么交換機(jī)是如何學(xué)習(xí)到這個(gè)表呢？交換機(jī)有沒(méi)有類(lèi)似的動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議來(lái)學(xué)習(xí)這些東西呢?

答案是沒(méi)有的， 那么能不能手工的寫(xiě)靜態(tài)表項(xiàng)呢？當(dāng)然可以寫(xiě)靜態(tài)MAC地址表項(xiàng)，只是這個(gè)方式書(shū)寫(xiě)， 工作量比較大， 不靈活，當(dāng)PC要經(jīng)常更改一些接， 做一些遷移，使用靜態(tài)的表項(xiàng)是沒(méi)有擴(kuò)展性的，那么， 我們?nèi)绾巫尳粨Q機(jī)動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)這些表項(xiàng)呢？一般使用自動(dòng)學(xué)習(xí)，這個(gè)自動(dòng)學(xué)習(xí)是特別不靠譜的，但是沒(méi)有其他的更優(yōu)的學(xué)習(xí)方式了， 只能使用這個(gè)方式。

交換機(jī)MAC地址表的學(xué)習(xí)方式

剛開(kāi)機(jī)， 交換機(jī)的MAC 地址表是空的， 自動(dòng)學(xué)習(xí)的時(shí)候，不管這個(gè)幀是誰(shuí)發(fā)的，都會(huì)攜帶一個(gè)源MAC地址，這個(gè)MAC地址就是設(shè)備自身的標(biāo)識(shí)符，當(dāng)交換機(jī)通過(guò)一個(gè)接口收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀之后，就能基于這個(gè)數(shù)據(jù)幀的源MAC地址，接收接口以及這個(gè)接口所屬的VLAN， 我把這三樣地址做一個(gè)綁定，就形成了一個(gè)MAC地址表項(xiàng)，交換機(jī)的學(xué)習(xí)指的是，只要我收到一個(gè)幀之后，我就認(rèn)為這個(gè)幀的發(fā)送者就連接在我這個(gè)接口上。

大家想， 這種學(xué)習(xí)方法靠譜嗎？其實(shí)是不靠譜的， 因?yàn)槲覀儾荒鼙ＷC這個(gè)發(fā)送者就直接連接在這個(gè)交換機(jī)的接口上， 因?yàn)樵谖覀兊膱@區(qū)網(wǎng)中，在一個(gè)交換區(qū)塊內(nèi)，交換機(jī)之間也會(huì)互聯(lián)，交換機(jī)之間還是中繼鏈路， 中繼鏈路是可以允許多個(gè)VLAN通行的，這個(gè)時(shí)候如果在交換機(jī)之間連接了多根中繼鏈路，你們覺(jué)得會(huì)發(fā)生什么樣的事情呢？

在這個(gè)圖中， 假設(shè)SW1 身后連接了主機(jī)A， SW2 身后連接了主機(jī)B， 兩個(gè)交換機(jī)之間連接了兩根中繼鏈路，這個(gè)主機(jī)A當(dāng)發(fā)送一個(gè)廣播數(shù)據(jù)的時(shí)候， SW 2 關(guān)于主機(jī)A的MAC地址表會(huì)怎么學(xué)習(xí)呢？

我們說(shuō)交換機(jī)發(fā)送的廣播幀，目的MAC地址全F，交換機(jī)所能學(xué)習(xí)到的表項(xiàng)只能是單播表項(xiàng)， 收到廣播幀是找不到轉(zhuǎn)發(fā)條目的，所以只能泛洪， 把這個(gè)幀復(fù)制成多份， 通過(guò)其他接口發(fā)送出去，交換機(jī)做的泛洪叫VLAN內(nèi)的泛洪，我通過(guò)vlan內(nèi)的一個(gè)接口收到廣播流量， 可以通過(guò)哪些接口發(fā)送出去呢？屬于這個(gè)VLAN的其他接入接口， 以及允許該VLAN 通行的中繼接口以及Hybrid接口， 交換機(jī)之間互聯(lián)的都是中繼鏈路，

所以主機(jī)A發(fā)送的流量會(huì)被SW1 通過(guò)這兩條中繼鏈路都發(fā)送出去，假設(shè)通過(guò)上邊的鏈路被先收到，SW2 就會(huì)把PCA的MAC 地址綁定到上邊這個(gè)接口上， 當(dāng)SW2 通過(guò)下邊這個(gè)接口也收到一個(gè)一摸一樣的數(shù)據(jù)，那么這個(gè)交換機(jī)SW2會(huì)做怎樣的處理呢？?

其實(shí)這個(gè)問(wèn)題就是在問(wèn)大家，當(dāng)交換機(jī)通過(guò)一個(gè)接口收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀， 接下來(lái)通過(guò)另外一個(gè)接口收到一模一樣的幀，這個(gè)源MAC地址都一樣，，這個(gè)地址學(xué)習(xí)該怎么處理，

是后學(xué)習(xí)到的MAC地址表項(xiàng)會(huì)覆蓋先學(xué)習(xí)到的， 還是先學(xué)習(xí)到的維持不變，對(duì)后來(lái)的不做更新呢？還是他倆同時(shí)保持呢？答案是后學(xué)習(xí)到的會(huì)覆蓋先學(xué)習(xí)到的，?當(dāng)交換機(jī)通過(guò)一條路徑學(xué)習(xí)到一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的時(shí)候， 如果通過(guò)另外一條路徑又學(xué)習(xí)到了相同的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)， 那么后學(xué)習(xí)到的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)就會(huì)覆蓋先學(xué)習(xí)到轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)。

這個(gè)就是交換機(jī)控制層面學(xué)習(xí)不可靠的根因。

泛洪會(huì)造成MAC 地址表翻擺

因?yàn)槲抑灰獙W(xué)習(xí)到這個(gè)表項(xiàng)， 就認(rèn)為這個(gè)設(shè)備連接到了我這個(gè)接口，。而當(dāng)交換機(jī)之間擁有多根冗余鏈路的時(shí)候， 交換機(jī)是可以通過(guò)多根鏈路收到相同的數(shù)據(jù)的，而如果讓這多根鏈路同時(shí)工作， 這個(gè)設(shè)備會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題呢？這個(gè)設(shè)備就會(huì)一會(huì)兒認(rèn)為通過(guò)上邊路徑可以訪問(wèn)A， 一會(huì)兒認(rèn)為可以通過(guò)下邊路徑訪問(wèn)A，這個(gè)接收設(shè)備會(huì)不停的做路徑切換，這就是MAC地址表翻擺，MAC 地址表的翻擺會(huì)導(dǎo)致流量轉(zhuǎn)發(fā)的不穩(wěn)定。

泛洪會(huì)產(chǎn)生環(huán)路

比如主機(jī)A發(fā)送一個(gè)廣播幀， 發(fā)送給SW 1 , SW 1 通過(guò)上邊的鏈路泛洪發(fā)送給SW2 ， SW 2 會(huì)把這個(gè)數(shù)據(jù)幀拷貝多份，從除了接收接口以外的其他接口泛洪發(fā)送出去， 會(huì)發(fā)送給主機(jī)B， 也會(huì)從下邊的鏈路泛洪發(fā)送給SW1 ， 而SW1 通過(guò)下邊的鏈路泛洪發(fā)送的廣播流量會(huì)通過(guò)SW2 從上邊的鏈路再泛洪回來(lái)， 這就形成了兩個(gè)環(huán)路。

泛洪會(huì)產(chǎn)生廣播風(fēng)暴

而SW 1和SW2 收到這些流量還會(huì)繼續(xù)泛洪， 因?yàn)槟康腗AC地址是全F， 交換機(jī)在收到目的MAC地址全F的數(shù)據(jù)幀一定會(huì)泛洪發(fā)送，可以發(fā)現(xiàn)， 這個(gè)泛洪是永無(wú)止境的，只要設(shè)備之間擁有冗余路徑， 就會(huì)出現(xiàn)環(huán)路， 只要鏈路上出現(xiàn)廣播或者未知單播幀， 就會(huì)出現(xiàn)廣播風(fēng)暴。

那么如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？把這些設(shè)備之間的冗余路徑去掉一根就可以了， 只要設(shè)備之間沒(méi)有冗余路徑， 就不會(huì)產(chǎn)生環(huán)路，雖然這個(gè)地方還會(huì)產(chǎn)生泛洪， 但是這個(gè)收到的泛洪流量還能不能再泛洪回去呢？肯定是不能泛洪回去的，意思是不能通過(guò)接收接口再回送回去的， 所以， 只連接一根路徑是不會(huì)出現(xiàn)剛才的問(wèn)題的，但是單根鏈路會(huì)出現(xiàn)另外一個(gè)問(wèn)題， 就是單點(diǎn)故障，沒(méi)有冗余的網(wǎng)絡(luò)，是沒(méi)有健壯性的，為了讓網(wǎng)絡(luò)保持健壯性，設(shè)備之間還是要連接多根鏈路，

二層設(shè)備沒(méi)有類(lèi)似動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議的一個(gè)機(jī)制來(lái)讓設(shè)備知道整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是怎么連接的，為了解決二層設(shè)備產(chǎn)生的環(huán)路問(wèn)題， 就引入了生成樹(shù)技術(shù)。

生成樹(shù)技術(shù)的好處：

1、可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)鏈路和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，周期性發(fā)送鏈路探測(cè)報(bào)文，如果限制的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到對(duì)方的探測(cè)報(bào)文， 則認(rèn)為鏈路發(fā)生故障。

2、生成樹(shù)可以自動(dòng)計(jì)算最優(yōu)路徑，確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑就是最優(yōu)路徑。

3，當(dāng)設(shè)備或鏈路不可用， 可以立即發(fā)現(xiàn)拓?fù)渥兏?立即開(kāi)始拓?fù)渥兏?jì)算， 不需要手工干預(yù)， 自動(dòng)完成。

以上就是今天分享的內(nèi)容了，下節(jié)給大家分享生成樹(shù)的工作原理。