STP的由来

为了解决冗余链路引起的问题冗余性,IEEE通过了IEEE 802.1d协议冗余性,即生成树协议(Spanning Tree Protocol,STP)。IEEE 802.1d协议通过在交换机上运行一套复杂的算法冗余性,使冗余端口置于“阻塞状态”,使得网络中的计算机在通信时只有一条链路生效,而当这个链路出现故障时,IEEE 802.1d协议将会重新计算出网络的最优链路,将处于“阻塞状态”的端口重新打开,从而确保网络连接稳定可靠。

STP的术语

桥(Bridge)

因为性能方面的限制等因素,早期的交换机一般只有两个转发端口,所以那时的交换机常常被称为“网桥”,或简称“桥”。在IEEE的术语中,“桥”这个术语一直沿用至今,但并不只是指只有两个转发端口的交换机了,而是泛指具有任意多个端口的交换机。

桥的MAC地址(Bridge MAC Address)

一个桥有多个转发端口,每个端口有一个MAC地址。通常,交换机会把端口编号最小的那个端口的MAC地址作为整个桥的MAC地址。

桥ID(Bridge Identifier,BID)

一个桥(交换机)的桥ID由两部分组成,前面2字节是这个桥的桥优先级,后面6字节是这个桥的MAC地址。桥优先级的值可以手动设置,其默认值为0x8000(相当于十进制的32768)。

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端口ID(Port Identifier,PID)

第一种冗余性:端口ID由两个字节组成,第一个字节是该端口的端口优先级,后一个字节是端口编号。

第二种冗余性:端口ID由16个比特组成,前4个比特是该端口的端口优先级,后12比特是该端口的端口编号。

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树的基本理论

在一个具有物理环路的交换网络中,交换机通过运行STP,自动生成一个没有环路的逻辑拓扑。该无环逻辑拓扑也称为STP树(STP Tree),树节点为某些特定的交换机,树枝为某些特定的链路。一棵STP树包含了唯一的一个根节点,任何一个节点到根节点的工作路径不但是唯一的,而且是最优的。当网络拓扑发生变化时,STP树也会自动地发生相应的改变。

简而言之,有环的物理拓扑提高了网络连接的可靠性,而无环的逻辑拓扑避免了广播风暴、MAC地址表翻摆、多帧复制,这就是STP的精髓。