翻译经典之《Cisco Lan Switching》第六章（二）： What Is Spanning Tree and Why Use Spanning Tree?

浏览数：23 / 时间：2015年06月20日

在最基本的情景中，生成树协议（STP）是一个环路保护协议，它允许网桥之间通过相互通信去发现网络中的物理环，然后网桥通过指定的算法是网络形成一个逻辑上无环的拓扑，也就是说，STP创建一个由叶子和树干构成的无环树形结构网络。在后面的章节将讲述各个网桥之间如何通信以及STP算法如何工作。

在网络中存在环有很多原因，你经常会发现有人为地让网络连接成环，以试图对网络提供一个冗余备份，一旦某一条链路或交换机出问题了，另外一条链路或交换机还可以继续使得网络工作。不过环也有可能是因为使用错误而产生的（当然，这绝不会发生在你的身上）。图6-1 展示了一个典型的提供冗余备份的交换机网络。

图6-1. 使网络存在环可以提供一个备份网络

在一个桥网络中有环可能会导致广播环路和mac地址表异常，这对桥网络来说潜在的致命问题。

广播环路

广播数据和2层环路结合在一起是相当危险的，如下图6-2。

图6-2 未使用STP，广播数据包循环转发形成环路。

假定所有交换机都没有运行STP。

第一步：主机A向广播MAC地址发送一个帧；

第二步：帧通过以太网链路媒体传送到Cat-1和Cat-2；

第三步：当帧在Cat-1的端口port-1/1上收到，Cat-1执行“第三章网桥技术”所讨论的转发表学习算法并将洪泛该帧，此时帧从端口Port1/2转发出去；

第四步：该帧继续传输以太网下面所有节点，Cat-2的端口Port1/2也将接收到该帧；

第五步：Cat-2也将把该广播帧从端口Port1/1洪泛出去,；

第六步：进而，该帧又继续传送到Cat-1 端口Port1/1上；

第七步：Cat-1作为一个交换机，按照交换机正常转发将会把该帧从端口Port1/2再一次地发送出去；

现在可以看到一个环路已经形成了。

并且，上面描述图6-2还忽略了第二步广播包还到达Cat-2，在Cat-2也会洪泛该帧并在下面的节点中传输，也会导致和上面广播包传输相反的一个环路，总之，要记住这种环回回路会在两个方向都会产生。

从图6-2可以得出一个重要的结论：网桥的回路比路由回路要危险得多。为了搞明白这点，我们回到第一章“Desktop Technologies.”讨论的以太网帧格式。比如，图6-3给出了DIX V2以太网帧的格式。

图6-3.DIX版本2以太网格式

要注意DIX版本2以太网给格式仅仅包含两个MAC地址、一个类型域和一个CRC（作为下层数据添加在后面）。不一样的是，IP头部包含一个生存时间（TTL）域，该值被发送IP包的主机设置并在每经过一个路由之后减一，当该值为0时，该包会被丢弃，这样路由器就防止了“来回打转”的数据报文。以太网帧不像IP数据包那样有一个TTL域，所以一旦有一个帧在网络上形成环路，该帧将永远在网络中持续转发，直到出现以下情况：

某一个桥被关闭了或断掉一条链路。
世界毁灭了<译者注原文：The sun novas>。

这似乎没有那么令人害怕，但是比图6-2示例复杂的网络在实际上会引起一个按指数倍数增长的环路，每一个帧从交换机每个端口发送出去，总的帧的数量增长相当快。我曾亲眼见证过一个ARP在两个OC-12 ATM 链路中跑了45分钟（for non-ATM wizards, each OC-12 sends 622 Mbps in each direction; this is a total of 2.4 Gbps of traffic）<译者注：上一句为原文，目前还不能理解，未翻译>，对那些还没有认识到这个问题严重性的人来说，那是相当糟糕的事。

最后，想象一下广播风暴给像图6-2那样的简单用户带来的影响，他们不仅是不能玩Doom（一个校园网络上流行的小游戏），他们几乎不能做任何事（go home除外）！回想一下第二章“Segmenting LANs”，广播包是必须被CPU处理的，这样的话，所有PC也因为处理广播风暴而被卡死，就连连在该网络上的PC的鼠标指针都无法移动，直到你让PC不再连接到该局域网中，才可以PC恢复到正常的操作，一旦你再次连接上该局域网，广播包会再次占满CPU 。如果你还从来没亲身经历过此事，那么当你某天晚上遇到只有你最讨厌的那个人在使用网络，你可以随便把某个VLAN（比如VLAN 2）搞成物理环路，然后执行set spantree 2 disable， 试试看会不会出现这种情况。当然，如果最讨厌的那个人是你老板的话就别这么干啦！

网桥MAC地址表异常

许多交换机/网桥管理员对了解上面讨论的广播风暴基本问题，但是很少有人知道即使单播帧也会在包含环的网络中无限循环转发。图6-4举例说明这点。

图6-4.未使用STP情况下，即使单播包也会循环转发并使MAC地址表异常

比如，假设Host-A的ARP表拥有一个Host-B对应信息，打算发送一个单播ping包给Host-B，但此时Host-B临时从网络中移除了，并且交换机中相应的MAC地址表也更新了。如果此时交换机都没有运行STP，正如先前的示例，帧会传输到两个交换机的Port 1/1（第二步）；现在只从Cat-1角度考虑问题，由于Host-C关闭了，Cat-1的Mac转发表中没有Host-C的地址CC-CC-CC-CC-CC-CC，因此该帧被交换机洪泛（第三步）；第四步，Cat-2在Port 1/2接收到该帧，在该节点上发生两件事（都很糟糕）：