畢業(yè)論文---利用生成樹協(xié)議解決網(wǎng)絡(luò)中的循環(huán)問題

1、<p>　　專 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題目：利用生成樹協(xié)議解決網(wǎng)絡(luò)中的循環(huán)問題</p><p>　　姓 名 </p><p>　　專 業(yè) 計算機(jī)應(yīng)用 </p><p>　　班 級 計算機(jī)應(yīng)用 </p><p>　　

2、指導(dǎo)教師 張老師 </p><p><b>　　2013年 2月</b></p><p>　　題目：利用生成樹協(xié)議解決網(wǎng)絡(luò)中的循環(huán)問題</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　STP（生成樹協(xié)議）是一個二層管理協(xié)議。在一個擴(kuò)展的局域網(wǎng)中參與ST

3、P的所有交換機(jī)之間通過交換橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元BPDU（bridge protocol data unit）來實現(xiàn)；為穩(wěn)定的生成樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇一個根橋；為每個交換網(wǎng)段選擇一臺指定交換機(jī)；將冗余路徑上的交換機(jī)置為blocking，來消除網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路。IEEE 802.1d是最早關(guān)于STP的標(biāo)準(zhǔn)，它提供了網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)冗余切換機(jī)制。STP使您能在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中部署備份線路，并且保證：在主線路正常工作時，備份線路是關(guān)閉的。當(dāng)主線路出現(xiàn)故障時自動使能備份線路

4、，切換數(shù)據(jù)流。RSTP（rapid spanning tree protocol）是STP的擴(kuò)展，其主要特點是增加了端口狀態(tài)快速切換的機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目焖俎D(zhuǎn)換。</p><p>　　關(guān)鍵詞：STP；網(wǎng)絡(luò)循環(huán)；冗余；</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一節(jié) 引 言 …………………………………………………

5、………………… </p><p>　　第二節(jié) 認(rèn)識生成樹 ……………………………………………×</p><p>　　2.1 生成樹的工作原理 ……………………………………………………………×</p><p>　　2.2 生成樹協(xié)議的特點 ……………………………………………………………×</p><p>　　2.3

6、 生成樹協(xié)議的功能 ……………………………………………………………</p><p>　　2.4 生成樹協(xié)議的作用 ……………………………………………………………</p><p>　　2.5 生成樹協(xié)議的算法過程 ………………………………………………………</p><p><b>　　第三節(jié) 解決方案</b></p><p&g

7、t;　　3.1上行速鏈路的配置</p><p><b>　　3.2速端口的配置</b></p><p>　　3.3修改生成樹計時器</p><p>　　3.4修改端口優(yōu)先級</p><p><b>　　3.5修改端口成本</b></p><p>　　3.6確定到根網(wǎng)橋的路徑&

8、lt;/p><p>　　3.7人為建立根網(wǎng)橋</p><p><b>　　3.8啟用生成樹</b></p><p><b>　　第四節(jié) 結(jié)束語</b></p><p><b>　　第五節(jié) 參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　第六節(jié) 致謝&

9、lt;/b></p><p><b>　　第一節(jié) 引 言</b></p><p>　　在實際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，物理環(huán)路可以提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，當(dāng)一條物理線路斷掉的時候，另外一條線路仍然可以傳輸數(shù)據(jù)。但是，在交換的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)交換機(jī)接收到一個目的地址未知的數(shù)據(jù)幀時，交換機(jī)會將這個數(shù)據(jù)幀廣播出去，這樣，在存在物理環(huán)路的交換網(wǎng)絡(luò)中，就會產(chǎn)生雙向的廣播環(huán)，甚至產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，導(dǎo)致

10、交換機(jī)資源耗盡而宕機(jī)。這樣就產(chǎn)生了一個矛盾，需要物理環(huán)路來提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，而環(huán)路又有可能產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，怎樣才能兩全其美呢？ STP（Spanning Tree Protocol，生成樹協(xié)議），就是用來解決這個矛盾的。STP協(xié)議在邏輯上斷開網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路，防止廣播風(fēng)暴產(chǎn)生，而一旦正在使用的線路出現(xiàn)故障，被邏輯上斷開的線路又會恢復(fù)暢通，繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　第二節(jié) 認(rèn)識生成樹</b

11、></p><p>　　2.1生成樹的工作原理</p><p>　　生成樹協(xié)議的國際標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.1d.運行生成樹算法的網(wǎng)橋/交換機(jī)在規(guī)定的間隔內(nèi)通過網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（BPDU）的組播幀與其他交換機(jī)交換配置信息，其工作的過程如下：</p><p>　　1. 通過比較網(wǎng)橋/交換機(jī)優(yōu)先級選取根網(wǎng)橋/交換機(jī)（給定廣播域內(nèi)只有一個根網(wǎng)橋/交換機(jī)）；</p

12、><p>　　2. 其余的非根網(wǎng)橋/交換機(jī)只有一個通向根網(wǎng)橋/交換機(jī)的端口，稱為根端口；</p><p>　　3. 每個網(wǎng)段只有一個轉(zhuǎn)發(fā)端口；</p><p>　　4. 根網(wǎng)橋/交換機(jī)所有的連接端口均為轉(zhuǎn)發(fā)端口。</p><p>　　2.2生成樹協(xié)議的特點</p><p>　　網(wǎng)橋使用珀爾曼博士發(fā)明的這種方法能夠達(dá)到2層路

13、由的理想境界：冗余和無環(huán)路運行。你可以把生成樹協(xié)議設(shè)想為一個各網(wǎng)橋設(shè)備記在心里的用于進(jìn)行優(yōu)化和容錯發(fā)送數(shù)據(jù)的過程的樹型結(jié)構(gòu)。 生成樹協(xié)議（Spanning Tree）定義在 IEEE 802.1D 中，是一種鏈路管理協(xié)議，它為網(wǎng)絡(luò)提供路徑冗余同時防止產(chǎn)生環(huán)路。為使以太網(wǎng)更好地工作，兩個工作站之間只能有一條活動路徑。網(wǎng)絡(luò)環(huán)路的發(fā)生有多種原因，最常見的一種是有意生成的冗余 － 萬一一個鏈路或交換機(jī)失敗，會有另一個鏈路或交換機(jī)替代。</

14、p><p>　　2.3生成樹協(xié)議的功能</p><p>　　1、利用生成樹算法、在以太網(wǎng)絡(luò)中，創(chuàng)建一個以某臺交換機(jī)的某個端口為根的生成樹，避免環(huán)路。</p><p>　　2、以太網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時，通過生成樹協(xié)議達(dá)到收斂保護(hù)的目的。</p><p><b>　　生成樹協(xié)議的作用</b></p><p>

15、;　　在由交換機(jī)構(gòu)成的交換網(wǎng)絡(luò)中通常設(shè)計有冗余鏈路和設(shè)備。這種設(shè)計的目的是防止一個點的失敗導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)功能的丟失。雖然冗余設(shè)計可能消除的單點失敗問題，但也導(dǎo)致了交換回路的產(chǎn)生，它會帶來如下問題：</p><p><b>　　1.廣播風(fēng)暴</b></p><p>　　2.同一幀的多份拷貝</p><p>　　3.不穩(wěn)定的MAC地址表</p&

16、gt;<p>　　因此，在交換網(wǎng)絡(luò)中必須有一個機(jī)制來阻止回路，而生成樹協(xié)議（Spanning Tree Protocol）的作用正是在于此。</p><p>　　2.4生成樹協(xié)議的算法過程</p><p>　　生成樹協(xié)議的算法過程可以歸納為三個步驟：選擇根網(wǎng)橋、選擇根端口、選擇指定端口。</p><p>　　（1）選擇根網(wǎng)橋：再全網(wǎng)中選擇一個根網(wǎng)橋&l

17、t;/p><p>　　比較網(wǎng)橋的BID值，值越小其優(yōu)先級越高。ID值是由兩部分組成的：交換機(jī)的優(yōu)先級和MAC地址組成的，如果交換機(jī)的優(yōu)先級相同則比較其MAC地址，地址值越小，其就被選舉為根網(wǎng)橋。</p><p>　　（2）選擇根端口：在每個非根交換機(jī)上選擇根端口</p><p>　　首先，比較根路徑成本，根路徑成本取決于鏈路的帶寬，帶寬越大，路徑成本越低，則選該端口為根

18、端口。</p><p>　　其次，如果根路徑成本相同，則要比較所在對端交換機(jī)BID值，值越小，則其優(yōu)先級越高</p><p>　　最后，比較端口的ID值，該值分為兩部分：端口優(yōu)先級和端口編號，值小的被選為根端口</p><p>　?。?）選擇指定端口：在每條鏈路上選擇一個指定端口，根網(wǎng)橋上所有端口都是指定端口</p><p>　　首先，比較根

19、路徑成本，</p><p>　　其次，比較端口所在網(wǎng)橋的ID值</p><p>　　最后，比較端口的ID 值</p><p>　　第三節(jié) 配置方式……………………………………………</p><p><b>　　1　啟用生成樹： </b></p><p>　　2　人為建立根網(wǎng)橋　　在生成樹網(wǎng)絡(luò)中，最

20、重要的事情就是決定根網(wǎng)橋的位置?！　】梢宰尳粨Q機(jī)自己根據(jù)一定的原則來選擇根網(wǎng)橋以及備份或從（secondary）根網(wǎng)橋，也可使用命令人為指定根網(wǎng)橋?！　S：不要將接入層的交換機(jī)配置為根網(wǎng)橋。STP根網(wǎng)橋通常是匯聚層或者核心層的交換機(jī)?！　⊥ㄟ^命令直接建立根網(wǎng)橋：　　spanning-tree vlan vlan-id root primary （網(wǎng)橋優(yōu)先級被置為24576）　　步驟：　　switch＃c onfig terminal　

21、　switch（config）#spanning-tree vlan vlan-id root primary dianmeter net-diameter hello-time sec　　為VLAN配置根網(wǎng)橋、網(wǎng)絡(luò)半徑以及HELLO間隔　　ROOT關(guān)鍵字：指定這臺交換機(jī)為根網(wǎng)橋　　diameter netdianmeter：該關(guān)鍵字指定在末端口主機(jī)任意兩點之間的網(wǎng)段的最大數(shù)量。net-diameter的值是2－7.這個直徑應(yīng)該從根網(wǎng)橋

22、開始計算，根網(wǎng)橋是1　　switch（config）#end　　switch#s</p><p>　　3　確定到根網(wǎng)橋的路徑　　生成樹協(xié)議依次用BPDU中這些不同域來確定根網(wǎng)橋的最佳路徑：　　＞根路徑成本（ROOT PATH　COST）　?。景l(fā)送網(wǎng)橋ID（BRIDGE　ID）　　＞發(fā)送端口ID（PORT　ID）　　從端口發(fā)出BPDU時，它會被施加一個端口成本，所有端口成本的總和就是根路徑成本。生成樹首先查看根路徑

23、成本，以確定哪些端口應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)，哪些端口應(yīng)該阻塞。報告最低路徑成本的端口被選為轉(zhuǎn)發(fā)端口?！　∪绻麑Χ鄠€端口來說，其中根路徑成本相同，那么，生成樹將查看網(wǎng)橋ID.報告有最低網(wǎng)橋ID的BPDU端口被允許進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而其他所有端口被阻斷?！　∪绻窂匠杀竞桶l(fā)送網(wǎng)橋ID都相同（如在平行鏈路中），生成樹將查看發(fā)送端口ID.端口ID值小的優(yōu)先級高，將作為轉(zhuǎn)發(fā)端口。</p><p>　　4　修改端口成本　　如果想要改變某臺交換機(jī)和

24、根網(wǎng)橋之間的數(shù)據(jù)通路，就要仔細(xì)計算當(dāng)前的路徑成本，然后，改變所希望路徑的端口成本?！　∥覀兛梢愿慕粨Q機(jī)端口的成本，端口成本更低的端口更容易被選為轉(zhuǎn)發(fā)幀的端口?！　panning-tree vlan vlan-id cost cost　　no spanning-tree vlan vlan-id cost（恢復(fù)默認(rèn)成本）　　配置步驟：　?。?　config terminal 　　進(jìn)入配置狀態(tài)　?。?　interface interfa

25、ce-id 　進(jìn)入端口配置界面　?。?　spanning-tree vlan vlan-id cost cost值　為某個VLAN配置端口成本　?。?　end　　＞5　show spanning-tree interface interface-id detail　查看配置　?。?　write　　</p><p>　　5　修改端口優(yōu)先級　　在根路徑成本和發(fā)送網(wǎng)橋ID都相同的情況下，有最低優(yōu)先級的端口將為vlan轉(zhuǎn)

26、發(fā)數(shù)據(jù)幀?！　?yīng)基于CLI的命令的交換機(jī)，可能的端口優(yōu)先級別范圍為0～63，缺省為32.基于IOS的交換機(jī)端口的優(yōu)先級別范圍是0～255，缺省為128.　　spanning-tree vlan vlan-id port-priority priority值　　no spanning-tree vlan vlan－id port-priority　　1＞　config terminal ?。ㄟM(jìn)入配置模式）　　2＞　interface i

27、nterface-id （進(jìn)入端口配置模式）　　3＞ spanning-tree vlan vlan-id port-priority 值　　4＞ end　　5＞show spanning-tree interface interface-id detail　　6＞write</p><p>　　6　修改生成樹計時器　　使用缺省的STP計時器配置，從一條鏈路失效到另一條接替，需要花費50秒。這可能使網(wǎng)絡(luò)存取被耽誤

28、，從而引起超時，不能阻止橋接回路的產(chǎn)生，還會對某些協(xié)議的應(yīng)用產(chǎn)生不良影響，會引起連接、會話或數(shù)據(jù)的丟失?！　∵€有一種情況就是使用熱備份路由選擇協(xié)議（HSRP），將兩臺路由器連接到一臺交換機(jī)上。某些情況下，缺省的STP的計時器值對于HSRP而言過長，會引起“活動”路由器的選擇的錯誤?！　?　修改HELLO時間　　spanning-tree vlan vlan-id hello-time seconds　　可以修改每一個VLAN的Hello

29、間隔（HELLO　TIME），它的取值范圍是　1～10秒　　2　修改轉(zhuǎn)發(fā)延遲計時器　　轉(zhuǎn)發(fā)延遲計時器（forward delay timer）確定一個端口在轉(zhuǎn)換到學(xué)習(xí)狀態(tài)之前處于偵聽狀態(tài)的時間，以及在學(xué)習(xí)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)之前處于學(xué)習(xí)狀態(tài)的時間?！　panning-tree vlan vlan-id forward-time seconds　　PS：轉(zhuǎn)發(fā)時間過長，會導(dǎo)致生成樹的收斂過慢　　轉(zhuǎn)發(fā)時間過短，可能會在拓?fù)涓淖兊臅r候，引入暫時

30、的</p><p>　　7　速端口的配置　　通過速端口，可以大大減少處于偵聽和學(xué)習(xí)狀態(tài)的時間，速端口幾乎立刻進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。速端口將工作站或者服務(wù)器連接到網(wǎng)絡(luò)的時間減至最短?！　S：確定一個端口下面接的是終端的時候，方可啟用速端口設(shè)置　　switch（config-if）#spanning-tree portfast　　switch（config-if）#no spanning-tree portfast（關(guān)閉速

31、端口）　　查看端口的速端口狀態(tài)：　　show spanning-tree interface interface-id detail （最后一行）　　</p><p>　　8　上行速鏈路的配置　　當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)發(fā)鏈路發(fā)生失效時，上行鏈路可使交換機(jī)上一個阻斷的端口幾乎立刻馬上開始進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)?！　?＞上行速鏈路在企業(yè)網(wǎng)中的應(yīng)用　　交換機(jī)可以分為3級：　　＞核心層交換機(jī)　?。緟R聚層交換機(jī)　　＞接入層交換機(jī)　　匯聚層和接入層的

32、交換機(jī)上各自都至少有一條冗作鏈路被STP阻塞，以避免環(huán)路?！　∈褂肧TP上行速鏈路，可以在鏈路或者交換機(jī)失效或者STP重新配置時，加速新的根端口的選擇過程。被阻塞端口會立即轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)?！　∩闲兴冁溌愤€可以通過減少參數(shù)最大更新速率（max-update-rate，IOS）來限制突發(fā)的組播通信。這些參數(shù)的缺省值是150包／秒?！　≡诰W(wǎng)絡(luò)邊緣的接入層上，上行速鏈路是一項最有用的功能，但它不適合用在骨干設(shè)備上。　　上行速鏈路能在直連鏈路失效

33、時實現(xiàn)快速收斂，并能通過上行鏈路組（uplink group），在多個冗余鏈路之間實現(xiàn)負(fù)載平衡。上行鏈路組是一組接口（屬于各個VLAN）　　上行鏈路組由一個根端口（處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)）和一組阻塞狀態(tài)的端口組成。　　上行鏈路的配置：　　要在配置了網(wǎng)橋優(yōu)先級的VLAN上啟動上行速鏈路，必須首先將VLAN上的交換機(jī)優(yōu)先級恢復(fù)到</p><p><b>　　第四節(jié) 結(jié)束語</b></p>&

34、lt;p>　　在實際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，物理環(huán)路可以提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，當(dāng)一條物理線路斷掉的時候，另外一條線路仍然可以傳輸數(shù)據(jù)。但是，在交換的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)交換機(jī)接收到一個目的地址未知的數(shù)據(jù)幀時，交換機(jī)會將這個數(shù)據(jù)幀廣播出去，這樣，在存在物理環(huán)路的交換網(wǎng)絡(luò)中，就會產(chǎn)生雙向的廣播環(huán)，甚至產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，導(dǎo)致交換機(jī)資源耗盡而宕機(jī)。這樣就產(chǎn)生了一個矛盾，需要物理環(huán)路來提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，而環(huán)路又有可能產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，怎樣才能兩全其美呢？ STP（Span

35、ning Tree Protocol，生成樹協(xié)議），就是用來解決這個矛盾的。STP協(xié)議在邏輯上斷開網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路，防止廣播風(fēng)暴產(chǎn)生，而一旦正在使用的線路出現(xiàn)故障，被邏輯上斷開的線路又會恢復(fù)暢通，繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李延冰 馬躍 王博 萬小強(qiáng) 《計算機(jī)應(yīng)用》 2005 第11期</p>&l

36、t;p>　　[2] 石巍 傅彥 《計算機(jī)科學(xué)》 2006 第6期</p><p>　　[3] 沈海娟 《路由與交換》 浙江大學(xué)出版社 2012年1月1日</p><p>　　[4] 孫徐玲,郝福珍,鄢楚平;生成樹協(xié)議的研究和實現(xiàn)[J];計算機(jī)工程與應(yīng)用;2003年26期</p><p>　　[5] 郭彥偉;鄭建德;;生成樹協(xié)議與交換網(wǎng)絡(luò)環(huán)路研究[J];廈門

37、大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2006年S1期</p><p>　　[6] 李雪梅;孫旭;魯長江;;以太網(wǎng)交換機(jī)中STP算法的優(yōu)化設(shè)計[J];微電子學(xué)與計算機(jī);2006年05期</p><p><b>　　…………</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　花了將近兩個月的

38、時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在老師和同學(xué)的幫助下度過了。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師和同學(xué)表示最衷心的感謝！還要感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。</p><p>　　由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學(xué)友批評和指正。三年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一