2016计算机网络基础教程：构建带冗余链路的交换机网络.docVIP

8.2构建带冗余链路的交换机网络 8.2.1 构建带冗余链路的交换机网络 在建设局域网的过程中，级联交换机时考虑搭建带冗余链路的交换机网络是一个很重要的技术。冗余链路可以使网络有更高的可靠性。 图 8.4 带冗余链路的交换机网络 在图8.4的三个交换机的级联形式下，任意一条级联干线故障，都不会使3个网段之间的通讯中断。原因是这3个交换机的级联使用了带冗余的链路。所谓冗余，意思是指多余、重复。但是，冗余的链路增强了网络的可靠性。因此，对于可靠性要求很高的网络设计，通常都会采用带冗余链路的交换机网络。 要构建一个带冗余链路的交换机网络，就需要解决报文循环问题。假设网段1中某台主机发送一个广播报文，交换机会向它的所有端口转发广播报。因此交换机B会将广播报沿干线转发给交换机C。同理，交换机C因为向所有端口转发，会将这个广播报文转发给交换机A。交换机A又将会把报文转发给交换机B……。如此下去，广播报就会无休止地沿这个闭环循环下去。当更多的广播报文进入网段后，所有广播报都将在交换机的干线上循环。最后广播风暴将淹没整个带宽，阻塞交换机的端口，使网络崩溃。 为了解决这个问题，交换机使用Spanning-Tree协议。支持Spanning-Tree协议的交换机中都驻留一个Spanning-Tree协议程序，该程序会在交换机工作前测试出冗余的干线，并切断冗余链路。当网络中因为某条线路故障、交换机端口故障而出现链路失效，Spanning-Tree协议程序会立即启动备份线路，进而保障了交换机之间的级联。 8.2.2 Spanning-Tree协议 Spanning-Tree协议也称为IEEE802.1D协议。冗余链路使得网络中存在循环回路，导致广播报文和组播报文在网络中无限循环。Spanning-Tree协议被设计来解决这样的问题。 图 8.5 Spanning-Tree协议的工作原理 在图8.5的例子中，4个交换机都运行Spanning-Tree协议。系统启动后，Spanning-Tree协议经过下列3个步骤，找到冗余端口，并将它们设置为Block状态，作为备份端口。 首先：4个交换机要选举出一个根交换机Root Switch。通过发BPTU（Bridge Protocol Data Unit）广播，MAC地址最大的交换机将被选为根交换机。 第二步：各个交换机为自己找到一个根端口Root Port。根端口是能与根交换机连接，且距离最近的那个端口。 第三步：将自己的其它端口设置成指定端口Designated Port或阻塞端口Block Port。指定端口是听不到根交换机BPDU广播的端口；阻塞端口是仍能听到根交换机BPDU广播的端口。 完成上述步骤后，冗余线路正是各个交换机阻塞端口所连的线路，因此被阻断。于是，消除了网络中的循环回路。 上述三个操作都依赖与交换机连续发出的BPDU广播包。在选举根交换机阶段，各个交换机将自己选举的根交换机代码（MAC地址）放到BPDU广播包中，通知邻居。例如图8.5中的交换机B，第一个BPDU包中选举自己为根交换机。同样，交换机A和C的第一个BPDU包都选举它们自己为根交换机。当交换机B通过交换机A发来的BPDU包中得知交换机A的MAC地址比自己的MAC地址大的时候，它就会放弃自己而改选择交换机A为根交换机。交换机C会发现交换机A和B都选举交换机A为根交换机，如果它的MAC地址确实小，它也会选举交换机A为根交换机。 在第二个阶段，各个交换机要为自己找到一个根端口。对于交换机B，它可以从两个端口收听到根交换机的BPDU，距离根交换机最近的那个端口将被设置为根端口。判断距离根交换机远近的方法，是依据IEEE802.1D的规定： 10Mbps线路：距离=100 100Mbps线路：距离=19 1Gbps线路：距离=4 10Gbps线路：距离=2 假设图8.5各个交换机的级联线路都是100Mbps，则交换机B直接与根交换机的连接距离是19，通过交换机C与根交换机连接的距离是19+19=38。因此，交换机B选择直接与根交换机连接的端口为根端口。 在第三个阶段，各个交换机要把自己剩余的级联端口设置成为指定端口或阻塞端口。那些仍能听到根交换机BPDU广播的端口，又不是根端口，就必须阻塞。因为从这里产生的正是冗余线路。不是阻塞端口的端口，就是正常的级联端口，被设置为指定端口。 在图8.6中，交换机B从交换机C和D处都能收听到根交换机的BPDU，为什么会把与交换机B级联的端口设置为阻塞状态，而把与交换机D级联的端口设置为指定端口呢？原因是交换机D面向自己的端口已经被指定为根端口。约定不能把别人的根端口设置为阻塞状态是合理的。 图 8.6 与别人根