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计算机网络生成树问题

发布时间: 2023-02-14 03:25:21

❶ 快速生成树的介绍

快速生成树为计算机网络用语,指的是一种网络协议,这种协议可以在网络发生变化时,能更快的收敛网络。

❷ 生成树协议-STP(二)

STP收敛依据


第一个,根桥ID ,根桥ID包括两个方面,一个是优先级,一个是MAC地址。所以我们的BPDU是由我们的网桥发出来的,因为大家都遵循STP协议,然后呢BPDU里面都会包括根桥ID,然后进行比较,就能够把网络当中的根网桥确定下来。

第二个,根端口开销 。其实就是各个端口的开销值,根网桥确定之后,每个端口到达根桥的开销就会得出来。

第三个,发送者的桥ID 。也就是这个过程当中,一开始发送BPDU,大家都会把自己的桥ID携带上,并且最开始是没有根桥的,大家会认为根桥就是自己,然后进行收敛计算之后,选择出了根桥之后,才会有根桥的ID。

第四个,发送者的端口ID 。BPDU会把端口ID也进行携带。

因此,通过BPDU(桥协议数据单元)信息的传递之后,一段时间之后,网络当中的每一台计算机,都能够之后整个网络当中,网桥ID、端口ID开销相关的信息,然后就能够执行生成树协议的计算。

❸ 生成树协议的结构思路

生成树协议拓扑结构的思路是: 不论网桥(交换机)之间采用怎样物理联接,网桥(交换机)能够自动发现一个没有环路的拓扑结构的网路,这个逻辑拓扑结构的网路必须是树型的。生成树协议还能够确定有足够的连接通向整个网络的每一个部分。所有网络节点要么进入转发状态,要么进入阻塞状态,这样就建立了整个局域网的生成树。当首次连接网桥或者网络结构发生变化时,网桥都将进行生成树拓扑的重新计算。为稳定的生成树拓扑结构选择一个根桥, 从一点传输数据到另一点, 出现两条以上条路径时只能选择一条距离根桥最短的活动路径。生成树协议这样的控制机制可以协调多个网桥(交换机)共同工作, 使计算机网络可以避免因为一个接点的失败导致整个网络联接功能的丢失, 而且冗余设计的网络环路不会出现广播风暴。
例如,网络中,A点到C点,有两条路可以走,当ABC的路径不通的时候,可以走ADC。C点到A点也是,路径CDA不通的时候可以走CBA。

如果某一时刻的网络,使能生成树协议,阻塞了B到C的端口,那么网络拓扑就会变成下图。如果有广播包,一定会终结于B点或者C点,不会循环转发。

❹ 网络协议-- 底层网络知识详解(从二层到三层)

网线

Hub 采取的是广播的模式,如果每一台电脑发出的包,宿舍的每个电脑都能收到,那就麻烦了。这就需要解决几个问题:

这几个问题,都是第二层, 数据链路层 ,也即 MAC 层要解决的问题。 MAC 的全称是 Medium Access Control ,即媒体访问控制。控制什么呢?其实就是控制在往媒体上发数据的时候,谁先发、谁后发的问题。防止发生混乱。这解决的是第二个问题。这个问题中的规则,学名叫 多路访问
三种方式:
方式一:分多个车道。每个车一个车道,你走你的,我走我的。这在计算机网络里叫作 信道划分
方式二:今天单号出行,明天双号出行,轮着来。这在计算机网络里叫作 轮流协议
方式三:不管三七二十一,有事儿先出门,发现特堵,就回去。错过高峰再出。我们叫作 随机接入协议 。着名的以太网,用的就是这个方式。

接下来要解决第一个问题:发给谁,谁接收?这里用到一个物理地址,叫作 链路层地址 。但是因为第二层主要解决媒体接入控制的问题,所以它常被称为 MAC 地址

解决第一个问题就牵扯到第二层的网络包格式。

对于以太网,第二层的最后面是 CRC,也就是循环冗余检测。通过 XOR 异或的算法,来计算整个包是否在发送的过程中出现了错误,主要解决第三个问题。

这里还有一个没有解决的问题,当源机器知道目标机器的时候,可以将目标地址放入包里面,如果不知道呢?一个广播的网络里面接入了 N 台机器,我怎么知道每个 MAC 地址是谁呢?这就是 ARP 协议 ,也就是已知 IP 地址,求 MAC 地址的协议。
ARP 是通过吼的方式(广播)来寻找目标 MAC 地址的,吼完之后记住一段时间,这个叫作缓存。

谁能知道目标 MAC 地址是否就是连接某个口的电脑的 MAC 地址呢?这就需要一个能把 MAC 头拿下来,检查一下目标 MAC 地址,然后根据策略转发的设备,这个设备显然是个二层设备,我们称为 交换机
交换机是有 MAC 地址学习能力的,学完了它就知道谁在哪儿了,不用广播了。(刚开始不知道的时候,是需要广播的)

当交换机的数目越来越多的时候,会遭遇环路问题,让网络包迷路,这就需要使用 STP 协议,通过华山论剑比武的方式,将有环路的图变成没有环路的树,从而解决环路问题。

在数据结构中,有一个方法叫做 最小生成树 。有环的我们常称为图。将图中的环破了,就生成了树。在计算机网络中,生成树的算法叫作 STP ,全称 Spanning Tree Protocol
STP 协议比较复杂,一开始很难看懂,但是其实这是一场血雨腥风的武林比武或者华山论剑,最终决出五岳盟主的方式。

交换机数目多会面临隔离问题,可以通过 VLAN 形成 虚拟局域网 ,从而解决广播问题和安全问题。
对于支持 VLAN 的交换机,有一种口叫作 Trunk 口。它可以转发属于任何 VLAN 的口。交换机之间可以通过这种口相互连接。

ping 是基于 ICMP 协议工作的。
ICMP 全称 Internet Control Message Protocol ,就是 互联网控制报文协议
ICMP 报文是封装在 IP 包里面的。因为传输指令的时候,肯定需要源地址和目标地址。它本身非常简单。因为作为侦查兵,要轻装上阵,不能携带大量的包袱。

ICMP总结:
ICMP 相当于网络世界的侦察兵。我讲了两种类型的 ICMP 报文,一种是主动探查的查询报文,一种异常报告的差错报文;
ping 使用查询报文,Traceroute 使用差错报文。

在进行网卡配置的时候,除了 IP 地址,还需要配置一个Gateway 的东西,这个就是 网关

一旦配置了 IP 地址和网关,往往就能够指定目标地址进行访问了。由于在跨网关访问的时候,牵扯到 MAC 地址和 IP 地址的变化,这里有必要详细描述一下 MAC 头和 IP 头的细节。

路由器是一台设备,它有五个网口或者网卡,相当于有五只手,分别连着五个局域网。每只手的 IP 地址都和局域网的 IP 地址相同的网段,每只手都是它握住的那个局域网的网关。

对于 IP 头和 MAC 头哪些变、哪些不变的问题,可以分两种类型。我把它们称为“欧洲十国游”型和“玄奘西行”型。
之前我说过, MAC 地址是一个局域网内才有效的地址。因而,MAC 地址只要过网关,就必定会改变,因为已经换了局域网
两者主要的区别在于 IP 地址是否改变。不改变 IP 地址的网关,我们称为 转发网关 ;改变 IP 地址的网关,我们称为 NAT 网关

网关总结:

路由分静态路由和动态路由,静态路由可以配置复杂的策略路由,控制转发策略;

动态路由主流算法有两种, 距离矢量算法 链路状态算法

距离矢量路由(distance vector routing)。它是基于 Bellman-Ford 算法的。
这种算法的基本思路是,每个路由器都保存一个路由表,包含多行,每行对应网络中的一个路由器,每一行包含两部分信息,一个是要到目标路由器,从那条线出去,另一个是到目标路由器的距离。
由此可以看出,每个路由器都是知道全局信息的。那这个信息如何更新呢?每个路由器都知道自己和邻居之间的距离,每过几秒,每个路由器都将自己所知的到达所有的路由器的距离告知邻居,每个路由器也能从邻居那里得到相似的信息。
每个路由器根据新收集的信息,计算和其他路由器的距离,比如自己的一个邻居距离目标路由器的距离是 M,而自己距离邻居是 x,则自己距离目标路由器是 x+M。
这种算法存在的问题:
第一个问题:好消息传得快,坏消息传得慢。
第二个问题:每次发送的时候,要发送整个全局路由表。
所以上面的两个问题,限制了距离矢量路由的网络规模。

链路状态路由(link state routing),基于 Dijkstra 算法。
这种算法的基本思路是:当一个路由器启动的时候,首先是发现邻居,向邻居 say hello,邻居都回复。然后计算和邻居的距离,发送一个 echo,要求马上返回,除以二就是距离。然后将自己和邻居之间的链路状态包广播出去,发送到整个网络的每个路由器。这样每个路由器都能够收到它和邻居之间的关系的信息。因而,每个路由器都能在自己本地构建一个完整的图,然后针对这个图使用 Dijkstra 算法,找到两点之间的最短路径。
不像距离距离矢量路由协议那样,更新时发送整个路由表。链路状态路由协议只广播更新的或改变的网络拓扑,这使得更新信息更小,节省了带宽和 CPU 利用率。而且一旦一个路由器挂了,它的邻居都会广播这个消息,可以使得坏消息迅速收敛。

基于两种算法产生两种协议,BGP 协议和 OSPF 协议。

OSPF(Open Shortest Path First,开放式最短路径优先) 就是这样一个基于链路状态路由协议,广泛应用在数据中心中的协议。由于主要用在数据中心内部,用于路由决策,因而称为 内部网关协议(Interior Gateway Protocol,简称 IGP)
内部网关协议的重点就是找到最短的路径。在一个组织内部,路径最短往往最优。当然有时候 OSPF 可以发现多个最短的路径,可以在这多个路径中进行负载均衡,这常常被称为 等价路由

但是外网的路由协议,也即国家之间的,又有所不同。我们称为 外网路由协议(Border Gateway Protocol,简称 BGP)
在网络世界,这一个个国家成为自治系统 AS(Autonomous System)。自治系统分几种类型。

每个自治系统都有边界路由器,通过它和外面的世界建立联系。

BGP 又分为两类, eBGP iBGP 。自治系统间,边界路由器之间使用 eBGP 广播路由。内部网络也需要访问其他的自治系统。边界路由器如何将 BGP 学习到的路由导入到内部网络呢?就是通过运行 iBGP,使得内部的路由器能够找到到达外网目的地的最好的边界路由器。
BGP 协议使用的算法是 路径矢量路由协议 (path-vector protocol)。它是距离矢量路由协议的升级版。
前面说了距离矢量路由协议的缺点。其中一个是收敛慢。在 BGP 里面,除了下一跳 hop 之外,还包括了自治系统 AS 的路径,从而可以避免坏消息传得慢的问题,也即上面所描述的,B 知道 C 原来能够到达 A,是因为通过自己,一旦自己都到达不了 A 了,就不用假设 C 还能到达 A 了。
另外,在路径中将一个自治系统看成一个整体,不区分自治系统内部的路由器,这样自治系统的数目是非常有限的。就像大家都能记住出去玩,从中国出发先到韩国然后到日本,只要不计算细到具体哪一站,就算是发送全局信息,也是没有问题的。

参考:
极客时间-趣谈网络协议
极客时间-趣谈网络协议
极客时间-趣谈网络协议
极客时间-趣谈网络协议-网关

❺ 链路聚合与生成树的区别是

一、性质不同

1、链路聚合:链路聚合是一个计算机网络术语,指将多个物理端口汇聚在一起,形成一个逻辑端口,以实现出/入流量吞吐量在各成员端口的负荷分担,交换机根据用户配置的端口负荷分担策略决定网络封包从哪个成员端口发送到对端的交换机。

2、生成树:是一种工作在OSI网络模型中的第二层(数据链路层)的通信协议。

二、作用不同

1、链路聚合:链路聚合在增加链路带宽、实现链路传输弹性和工程冗余等方面是一项很重要的技术。

2、生成树:基本应用是防止交换机冗余链路产生的环路,用于确保以太网中无环路的逻辑拓扑结构,从而避免了广播风暴,大量占用交换机的资源。

三、特点不同

1、链路聚合:当交换机检测到其中一个成员端口的链路发生故障时,就停止在此端口上发送封包,并根据负荷分担策略在剩下的链路中重新计算报文的发送端口,故障端口恢复后再次担任收发端口。

2、生成树:但某些特定因素会导致STP失败,要排除故障可能非常困难,这取决于网络设计。

❻ 交换机如何快速生成树配置

交换机快速生成树配置是怎么回事呢,那么交换机快速生成树配置又有什么作用呢?下面是我收集整理的交换机如何快速生成树配置,希望对大家有帮助~~

交换机快速生成树配置的方法

测试:

PC0

❼ 计算机网络 STP

STP (Spanning Tree Protocol)是生成树协议的英文缩写。
生成树协议 运行生成树算法(STA). 生成树 算法很复杂,但是其过程可以归纳为以下3个步骤:

(1)选择根网桥
(2)选择根端口
(3)选择指定端口

First:BID(Bridge ID,网桥ID),因为根交换机的选举是基于BID的,BID由三部分组成——优先级、发送交换机的MAC地址、Extended System ID(扩展系统ID,可选项)
BID = 网桥ID=网桥优先级+网桥MAC地址组成的

First:(PID)=端口ID等于优先级加上端口编号,默认端口优先级是128。
P:每个非根交换机有且只有一个根端口。

选举根端口依照下面的顺序:
首先,最低花费的端口将成为根端口;在花费相同的情况下比较发送者的BID,BID小的将成为根端口。--->
即:到根网桥最低的根路径成本→发送BPDU的网桥ID(BID)较小→端口ID(PID)较小的。端口ID由端口优先级与端口编号组成。

请看下面这张拓扑图:

特殊的: 如果 发送者的BID相同,则比较发送者的PID:

关于选择指定端口:每个网段上选择一个指定端口。
P:每个网段有且只有一个指派端口
选择顺序为:根路径成本较低(花费较低)→发送BPDU的网桥ID值较小→本端口的PID值较小。
根网桥的接口皆为指定端口,因为根网桥上端口的根路径成本为0

第一种情况:假设路径花费不同的情况下 :

既不是根端口也不是指派端口的端口将被阻塞。看上图