802.1系列协议(2012)

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1、802.1系列协议IEEE802.1系列协议在本章前面的表6-1中列出了由IEEE组织颁发的主要OSI参考模型的物理层和数据链路层局域网标准或协议。从本节开始，就要向大家详细介绍各主要局域网标准。以便我们对各主要局域网技术有一个比较全面的了解。IEEE802.1系列标准提供了一个对整个IEEE802系列协议的概述，描述了IEEE802标准和开放系统基本参照模型之间的联系；解释这些标准如何和高层协议交互；定义了标准化的媒体接入控制层（MAC）地址格式，并且提供一个标准用于鉴别各种不同的协议。IEEE802.1是一组协议的集合，如生成树协议、VLAN协议等。为了将各个协议区别开来，IEEE

2、在制定某一个协议时，就在IEEE802.1后面加上不同的小写字母，如IEEE802.1a定义局域网体系结构；IEEE802.1b定义网际互联，网络管理及寻址；IEEE802.1d定义生成树协议；IEEE802.1p定义优先级队列；IEEE802.1q定义VLAN标记协议；IEE802.1s定义多生成树协议；IEEE802.1w定义快速生成树协议；IEEE802.1x定义局域网安全认证等。6.4.1 IEEE802.1d协议本节从IEEE802.1d协议谈起，介绍几个主要的IEEE802.1系列协议。后面将要介绍的IEEE802.1w协议，由IEEE802.1d协议改进而来的，因此想搞懂

3、IEEE802.1w协议，也得先了解什么是IEEE802.1d协议。1．IEEE802.1d协议简介早期的以太网Bridge（网桥）采用了基于MAC地址在不同端口之间转发，而每一个端口对应的是一个以太网的网段，是也就是一个以太网的广播域。通过学习每个端口的MAC地址表的方式，以太网Bridge只转发不同端口间的通信。但是由于Bridge依赖的是运行网络中存在的MAC地址和端口的对应表，所以一旦收到目的地址未知的数据包，还得利用广播的形式来寻址，这种方法使得它天生不能隔离广播包和组播包的通信，其后果就是在一个环型网络中造成数据流量以指数形式的增长，从而导致网络的瘫痪，这种现象也称为“广播

4、风暴”。“广播风暴”的现象只存在于两点之间存在冗余链路的网络之中，而冗余链路又正是网络设计中客观上大量存在的，这种设计的目的是当某一条链路失效时，另一条冗余的链路能够马上接管所有的工作。为了解决“广播风暴”这一在二层数据网络中存在的弊端，IEEE（电机和电子工程师学会）制定了IEEE802.1d的生成树（SpanningTree）协议。生成树协议是一种链路管理协议，为网络提供路径冗余，同时防止产生环路。为使以太网更好地工作，两个工作站之间只能有一条活动路径。STP（生成树协议）允许网桥之间相互通信以发现网络物理环路。该协议定义了一种算法，网桥能够使用它创建无环路（loop-free）的

5、逻辑拓朴结构。换句话说，STP创建了一个由无环路树叶和树枝构成的树结构，其跨越了整个第二层网络。生成树协议操作对终端站透明，也就是说，终端站点并不知道它们自己是否连接在单个局域网段或多网段中。当有两个网桥同时连接相同的计算机网段时，生成树协议可以允许两网桥之间相互交换信息，这样只需要其中一个网桥处理两台计算机之间发送的信息。网桥之间通过桥接协议数据单元（BridgeProtocolDataUnit，BPDU）交换各自状态信息。生成树协议通过发送BPDU信息选出网络中根交换机和根节点端口，并为每个网段（switchedsegment）选出根节点端口和指定端口。生成树协议的本质就是消除网络

6、拓扑中任意两点之间可能存在的重复路径，利用这种算法将两点之间存在的多条路经划分为“通信路径”和“备份链路”。数据的转发在“通信路径”上进行，而“备份链路”只用于链路的侦听，一旦发现“通信路径”失效时，将自动地将通信切换到“备份链路”上。现在的二层以太网交换机和三层以太网交换机采用了硬件电路的设计，保证了每个端口的独享带宽，用户可以将它的每一个端口看做是一个独立的Bridge端口，其中二层交换机的工作原理同Bridge类似。为了实现在用户接入层、汇聚层甚至城域网络范围内的高可靠性，网络中关键的拓扑设计往往采用冗余链路的设计。虽然也有其他的技术可以实现高效的网络收敛，但是大多数网络设计者还

7、是采用了IEEE802.1d的方法，原因是SpanningTree是一项简单而成熟的网络自愈技术。2．生成树协议工作原理STP协议的基本思想十分简单。大家知道，自然界中生长的树是不会出现环路的，如果网络也能够像一棵树一样生长就不会出现环路。于是，STP协议中定义了根桥（RootBridge）、根端口（RootPort）、指定端口（DesignatedPort）、路径开销（PathCost）等概念，目的就在于通过构造一棵自然树的方法达到裁剪冗余环