交换机的工作原理(详细描述交换机的工作原理)

简述交换机工作原理

生成树协议（STP）是一种用于消除局域网中环路的协议。运行此协议的交换机通过相互交换信息来发现网络中的环路，并适当地阻塞某些端口以消除环路。由于LAN的规模不断扩大，STP已成为最重要的LAN协议之一。环路引起网络数据包风暴：由于广播，多播和未知单播在第2层网络中泛滥，因此如果网络中存在环路，则将无限期复制数据包，直到网络最终崩溃为止。循环导致MAC表振荡。如上图所示，在报文复制过程中，SwitchB发现PC1报文在一段时间内是从上层接口收到的，下层接口是在一段时间内收到的。由于反复振荡，MAC表不稳定。即使已知为单播，也可能会引起问题，如下所示：下图是循环网络的演示。让我们看看STP如何计算该网络中的生成树并引起环路。链接被阻止。让我们看一下根端口RP和指定端口DP的简单示例，并直观地了解RP和DP。指定的端口DP是树中父节点上的端口，而根端口RP是树中子节点上的端口。看完整的示例，包括根端口RP，指定的端口DP和可选的端口AP。 STP通过关闭AP端口的转发功能将物理网状拓扑转变为逻辑树拓扑。从而消除网络环路。在消除了整个网络中的环路并稳定之后，它应该处于这样一种状态，即拓扑更改后的响应* --- * ---要实现STP功能，网桥之间必须存在一些信息交互，这些信息交互单位称为配置消息BPDU（BridgeProtocolDataUnit）。 STPBPDU是第2层消息，目标MAC是多播地址01-80-C2-00-00-00，所有支持STP协议的网桥都将接收并处理收到的BPDU消息。消息的数据区域包含用于生成树计算的所有有用信息。详细信息如下：在BPDU中，核心字段是根网桥ID，路径开销，发送网桥ID和端口ID。这四个字段形成一个四元组，用于比较两个BPDU的“好”和“坏”。四边形越小，说明越好。
仅当路径成本相同时，端口ID才起作用。 1。初始状态，自立山：尽管A的BID是最小的，但是在初始状态中没有相互信息，每个都独立站立，此时正确的树上只有一个根节点。 2。发现强者并交出强者：通过BPDU的外部通告，树逐渐向外生长，重新获得两个节点C和D，但B节点不再位于国王之内。 3。宣布整个网络，世界就在家里：随着根网桥的影响范围的扩大，已经整理好的节点（如图中的C和D）也有助于A宣传根网桥是A ，最终这些信息传播到整个网络。在心脏，每个人都在A的STP树下投降。此时，整个网络具有统一的根，即具有最小BID的A。整个网络的环中断和修剪过程类似于选举根网桥的过程。它们都是从根桥开始的，树逐渐向外生长，直到整个网络最终长满。 1。在世界的开头，存在混乱：此时，正确的树上只有一个跟随者节点，其他节点的信息是错误的或不可信的。 2。树开始向外“增长”：最靠近根的交换机首先接收来自根节点的呼叫（根节点将发送“最佳” BPDU）并加入树。生成正确的RP和DP信息。 3。树“成长”到整个网络：随着树的进一步增长，节点逐一加入树（通过向外发布“更好”的BPDU吸引其他节点加入）。最终分布在整个网络中，形成整个网络的STP树。与拓扑更改后的收敛紧密相关的几个基本概念：1。端口状态机STP交换机端口共有五个状态：2。几个相关的计时器3。拓扑更改后的重新收敛需要解决这些问题。解决方案：实际上，重新生成STP树没有什么特别的，并且该过程与初始收敛过程完全相同。需要注意的一件事是：如果DR端口关闭或根桥关闭，则需要等待MaxAge时间，在MAXAge时间之后，通过BPDU的老化机制删除无效的BPDU，并尝试生成新的BPDU。 ！ 【正在上载Paste_Image_。png 。。。】解决方法：为了尽快恢复流量转发，STP引入了更改通知和响应消息。在正常的STP操作中，网桥已从其根端口上的根网桥接收配置BPDU。
它从不向根桥发送BPDU。为此，引入了一种特殊的BPDU，称为拓扑更改通知（TCN）BPDU。因此，当网桥需要发出信号通知拓扑更改时，它将开始在其根端口上发送TCN。指定的网桥接收并确认TCN，并为其根端口生成另一个TCN。该过程将一直持续到TCN找到根桥为止。 TCN是一个非常简单的BPDU，它不包含网桥每hello_time秒发送的任何信息（这是本地配置的hello_time，而不是配置BPDU中指定的hello_time）。指定的网桥通过立即发送设置了拓扑更改确认（TCA）的正常配置BPDU来确认TCN。通知拓扑更改的网桥会继续发送其TCN，直到指定的网桥确认它为止。因此，即使指定的网桥没有从其根网桥接收配置BPDU，它也会对TCN作出响应。向网络广播事件一旦根网桥得知网络中存在拓扑更改事件，它将开始发送配置了拓扑更改（TC）位的配置BPDU。这些BPDU将由网络中设置此位的每个网桥转发。因此，所有网桥都知道拓扑的变化，并可以将它们的老化时间减少到forward_delay。桥接器在转发和阻塞端口上接收拓扑更改BPDU。根桥在max_age + forward_delay秒（默认值为20 + 15 = 35秒）内设置TC位。 1。桥至少有一个指定的端口，并且端口从其他（阻塞，正在侦听，学习）状态更改为Forwading状态。 2。端口从“警告和学习”状态更改为“阻止”状态。思科：比较网络拓扑更改STP和RSTP