基于多种生成树共存的交换网架构设计与研究

论文总字数：20096字

摘 要

交换机是企业网建设中不可缺少的设备，以其低廉成本和高效转发的特性，在企业或园区网建设中广泛使用，为了提高网络的可靠性，在实际中常常采用多条链路或多台设备互为备份的方式，形成一个交换网络。由于交换机转发数据是基于MAC表的，对于一些未知地址的数据帧（frame），常会采用“泛洪”的方式进行广播，势必在交换机域中产生逻辑环路，造成链路阻塞，甚至网络瘫痪。

生成树技术（spanning-tree）是用于解决交换网络中的环路问题的一套协议，通过一定的算法，有选择性地从逻辑上阻断某些接口的转发功能，使交换机域内形成一个无任何环路的树形网络，保证了数据帧在交换机域内的有序转发。

STP（802.1D）虽然解决了交换机域中的环路和链路冗余问题，但存在着收敛较慢的问题，其较大的转发延迟在一些要求严格的网络中，会造成不可估量的问题。RSTP（802.1W）通过缩短转发延迟时间，提高收敛速度，弥补了STP的缺点，但仍和STP一样，是基于端口的，在实际使用中很不灵活。

PVST 和Rapid-PVST 是Cisco公司开发的一款基于Vlan的私有协议，解决了STP（802.1D）和RSTP（802.1W）不够灵活的缺点，但因太过灵活而造成交换机负担过重的问题。

MSTP是在STP/RSTP、PVST /Rapid-PVST 的基础上，兼顾端口和VLAN，在交换机域中形成多棵树形结构，在实现链路冗余和负载均衡方面具有很高的价值。

本文讨论了STP/RSTP、PVST /Rapid-PVST 的产生背景和发展历程，研究了不同协议的优缺点及兼容性问题，探索了不同协议在交换网络架构中的设计和应用，具有较高的现实意义。

关键词：STP；RSTP；PVST ；Rapid-PVST ；MSTP；交换网络

Abstract

Switch is an indispensable equipment in the construction of enterprise network. With its low cost and efficient forwarding characteristics, it is widely used in the construction of enterprise or park network construction. In order to improve the reliability of the network, multiple links or equipment backup is often used in practice to form an exchange network. Since the switch forwarding data is based on the MAC table, for some unknown address data frames, it often adopts the "flood" way to broadcast, which is bound to produce a logic loop in the switch domain, causing link blocking, or even network paralysis.

Spanning-tree technology is a set of protocols used to solve the loop problem in switching networks. The switching network selectively logically blocks the forwarding functions from certain interfaces, forming a tree network without any loop within the switch domain, ensuring the orderly forwarding of data frames within the switch domain.

STP(802.1D) solves the loop and link redundancy problems in switch domains, there are slow convergence problems and its large forwarding delay in some demanding networks causes immeasurable problems. RSTP(802.1W) compensates for the shortcomings of STP by shortening the forwarding delay time and increasing the convergence speed, but still like STP, is port - based and not flexible in actual use.

PVST and Rapid-PVST are private protocol based in Vlan by Cisco.They addressed STP(802.1D) and RSTP(802.1W) not flexible enough, but too flexible.

MSTP is based on STP/RSTP、PVST /Rapid-PVST , and both port and VLAN, form multiple tree structures in the switch domain, with high value in realizing link redundancy and load balancing.

This paper discusses the background and development of STP/RSTP、PVST /Rapid-PVST , studies the advantages and compatibility of different protocols, and explores the design and application of different protocols in the exchange network architecture, which has high practical significance.

Keyword：STP；RSTP；PVST ；Rapid-PVST ；MSTP；switching network

目录

摘要 I

第一章 前言 1

第二章 生成树协议起源 2

2.1 交换机转发问题 2

2.2 生成树原理 3

第三章 生成树协议发展 4

3.1 第一代生成树 4

3.1.1 STP（802.1D）协议 4

3.1.2 PVST/PVST 协议 6

3.2 第二代生成树 8

3.2.1 第一代生成树的缺陷 8

3.2.2 P/A机制 9

3.3 第三代生成树 11

第四章 生成树兼容性探究 13

4.1 STP（802.1D）和PVST 13

4.2 STP（802.1D）和RSTP（802.1W） 15

4.3 STP（802.1D）和MSTP（802.1S） 18

第5章 多种生成树在交换网络中的应用 20

5.1 企业背景 20

5.2 架构设计 20

5.3 生成树协议应用 21

5.4 设备配置 21

5.4.1 Border配置 21

5.4.2 核心交换机配置 22

5.4.3 汇聚交换机配置 22

5.4.4 接入交换机配置 23

5.5 功测试 24

5.5.1 生成树协议查看 24

5.5.2 DHCP服务测试 24

5.5.3 PC访问Internet 25

第6章 总结 27

致谢 28

参考文献 29

第一章 前言

交换机的出现，推动了局域网的兴起和发展，为了提高网络的稳定性和可靠性，通常采用了链路冗余和设备冗余的方式， 起到了一定的效果。然而，交换机是基于MAC地址表转发数据帧的，当MAC表中没有某个数据帧的MAC地址时，交换机会用广播的方式进行“泛洪”，即从多个接口将这个数据帧进行同时转发，由于多个交换机存在着物理环路，如果对交换机的“泛洪”不加限制，势必造成严重的网络问题，如：广播风暴、数据帧重复复数，交换机MAC地址漂移等现象，甚至造成网络瘫痪。

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