1、如何提高以太网的可靠性？

若交换机 A 与交换机 B 之间的链路故障

若交换机 A 与交换机 B 和 交换机 C 之间的链路都出现故障

则原来的以太网，变成了三个独立的较小的以太网，它们之间无法通行

1.1、冗余链路提高可靠性

添加冗余链路\color{red}冗余链路冗余链路可以提高以太网的可靠性

• 例如：给交换机 B 和 C 之间添加一条冗余链路后
  • 即使若交换机 A 与交换机 B 之间的链路出现故障，整个网络还是连通的

1.2、网络环路问题

但是冗余链路也会带来负面效应-----形成网络环路\color{red}网络环路网络环路

1.2.1、广播风暴

广播风暴\color{red}广播风暴广播风暴

• 大量消耗网络资源，使得网络无法正常转发其他数据帧

假设主机 H1 发送一个广播帧（假设都知道了对方的 MAC 地址）

交换机 B 收到该帧后，将其从自己的其他所有接口转发出去

交换机 A 收到交换机 B 转发来的该帧后，将其从自己的其他所有接口转发出去

交换机 C 收到交换机 B 转发来的该帧后，将其从自己的其他所有接口转发出去

交换机 C 收到交换机 A 转发来的该帧后，将其从自己的其他所有接口转发出去

交换机 A 收到交换机 C 转发来的该帧后，将其从自己的其他所有接口转发出去

交换机 B 收到交换机 C 转发来的该帧后，将其从自己的其他所有接口转发出去

交换机 B 收到交换机 A 转发来的该帧后，将其从自己的其他所有接口转发出去

显然，该广播帧将在各交换机之间反复转发，分别按顺时针和逆时针方向同时兜圈

这就是所谓的广播风暴

1.2.2、广重复广播帧

主机收到重复的广播帧\color{red}主机收到重复的广播帧主机收到重复的广播帧

• 大量消耗主机资源

1.2.3、帧交换表震荡

交换机的帧交换表震荡（漂移）\color{red}交换机的帧交换表震荡（漂移）交换机的帧交换表震荡（漂移）

当交换机 B 收到主机 H1 发送的广播帧后，进行登记工作

• 将帧的源 MAC 地址 H1 和帧进入交换机 B 的接口号 111 登记到交换表中
• 这条记录时正确的

当交换机 B 再次收到交换机 C 转发来的该广播帧后，进行登记工作

• 将帧的源 MAC 地址 H1 和帧进入交换机 B 的接口号 222（这条错误记录） 登记到交换表中

  并删除原先正确的记录

• (源 MAC 地址还是主机 H1 的 MAC 地址，B−>A−>C−>BB - > A - > C - > BB−>A−>C−>B)

当交换机 B 再次收到交换机 A 转发来的该广播帧后，进行登记工作

• 将帧的源 MAC 地址 H1 和帧进入交换机 B 的接口号 333（这条错误记录） 登记到交换表中

  并删除原先错误的记录

• (源 MAC 地址还是主机 H1 的 MAC 地址，B−>A−>C−>A−>BB - > A - > C - > A -> BB−>A−>C−>A−>B)

很显然，有关 MAC 地址 H1 的记录将在这两个错误记录之间反复震荡

2、生成树协议 STP

• 以太网交换机使用生成树协议STP\color{red}生成树协议STP生成树协议STP(Spanning Tree Protocol),可以在增加冗余链路来提高网络可靠性的同时又避免网络环路带来的各种问题\color{red}避免网络环路带来的各种问题避免网络环路带来的各种问题。
• 不论交换机之间采用怎样的物理连接，交换机都能够自动计算并构建一个逻辑上没有环路的网络\color{red}自动计算并构建一个逻辑上没有环路的网络自动计算并构建一个逻辑上没有环路的网络，其逻辑拓扑结构必须是树型的(无逻辑环路);

例如：555 台交换机之间进行了冗余连接，冗余链路不止一条，网络环路不止一个

• 简单起见（各交换机上连接的主机没有画出）
• 绿色（交换机的接口状态为正常状态）
• 橙色（交换机的接口状态为阻塞状态）
• 红色（交换机的接口状态为故障状态）

如果各交换机的各接口都处于正常状态，则会存在多个网络环路

实际上，各交换机之间按照生成树协议中规定的生成树算法，交互一些参数后，就可以判断出自己应该阻塞自己的哪些接口。

这样就形成了在逻辑上没有环路的网络

最终生成的树型逻辑拓扑要确保连通整个网络\color{red}确保连通整个网络确保连通整个网络;

相关交换机检测到该故障后，重新计算生成树，决定将自己之前阻塞的接口恢复为正常状态

这样就会形成一个新的逻辑上没有环路的网络

当首次连接交换机或网络物理拓扑发生变化\color{red}物理拓扑发生变化物理拓扑发生变化时(有可能是人为改变或故障)，交换机都将进行生成树的重新计算\color{red}生成树的重新计算生成树的重新计算。

3、总结

• 以太网交换机使用生成树协议STP\color{red}生成树协议STP生成树协议STP(Spanning Tree Protocol),可以在增加冗余链路来提高网络可靠性的同时又避免网络环路带来的各种问题\color{red}避免网络环路带来的各种问题避免网络环路带来的各种问题。

• 不论交换机之间采用怎样的物理连接，交换机都能够自动计算并构建一个逻辑上没有环路的网络\color{red}自动计算并构建一个逻辑上没有环路的网络自动计算并构建一个逻辑上没有环路的网络，其逻辑拓扑结构必须是树型的(无逻辑环路);

• 最终生成的树型逻辑拓扑要确保连通整个网络\color{red}确保连通整个网络确保连通整个网络;

• 当首次连接交换机或网络物理拓扑发生变化\color{red}物理拓扑发生变化物理拓扑发生变化时(有可能是人为改变或故障)，交换机都将进行生成树的重新计算\color{red}生成树的重新计算生成树的重新计算