рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Протоколы связующего дерева (Spanning Tree Protocols)

Протоколы связующего дерева (Spanning Tree Protocols) - раздел Политика, Технологии построения сетей Ethernet. Правление потоком в полнодуплексном режиме. Зеркалирование портов. Объединение портов в магистральные линии связи. Виртуальные сети Для Обеспечения Надежности Работы Сети Зачастую Необходимо Использовать Резер...

Для обеспечения надежности работы сети зачастую необходимо использовать резервные линии связи. Базовые протоколы локальных сетей поддерживают только древовидные, то есть не содержащие замкнутых контуров, топологии связей. Это означает, что для организации альтернативных каналов требуются особые протоколы и технологии, выходящие за рамки базовых, к которым относится Ethernet. Для автоматического перевода в резервное состояние всех альтернативных связей, не вписывающихся в топологию дерева, в локальных сетях используются алгоритм связующего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA) и реализующий его протокол (Spanning Tree Protocol, STP) и расширения последнего.

6.1. Алгоритм связующего дерева (Spanning Tree Algorithm, IEEE 802.1d)

Алгоритм связующего (примечание: иногда покрывающего, распределяющего) дерева предназначен для изменения структуры, построенной на коммутаторах вычислительной сети, таким образом, чтобы в ней отсутствовали циклы, и чтобы при этом сеть сохранила связность. Изначально алгоритм был разработан компанией Digital Equipment Corporation. Впоследствии этот алгоритм был взят за основу при разработке комитетом IEEE спецификации 802.1d, в соответствии с которой обеспечивалась автоматическое изменение структуры сети, построенной на коммутаторах.

Для того чтобы алгоритм STA мог выполняться, необходимо чтобы в сети коммутаторов были выполнены следующие предварительные установки:

• каждому коммутатору администратор должен назначить уникальный идентификатор, на основе которого будет получен приоритет коммутатора как комбинация МАС-адреса коммутатора и назначенного идентификатора;

• каждый порт коммутатора тоже должен иметь уникальный идентификатор;

• для каждого порта коммутатора должно быть определено значение относительной стоимости отправки кадров через данный порт, которое обычно обратно пропорционально пропускной способности подключенного канала.

После того, как были заданы указанные настройки, алгоритм STA предполагает выполнение нескольких последовательных этапов:

• выбор корневого моста;

• выбор корневых портов;

• выбор назначенных мостов;

• выбор назначенных портов;

• изменение конфигурации сети.

Алгоритм выбора корневого моста

Корневым в алгоритме STA называется мост, расположенный в вершине дерева, в которое преобразуется существующая структура сети. Алгоритм STA предписывает использование в качестве критерия выбора значение приоритета моста, которое представляет собой MAC адрес данного моста. Для того чтобы системный администратор мог управлять процессом выбора корневого коммутатора, он может назначать для каждого коммутатора уникальный идентификатор, который и является приоритетом. На рисунке 8 представлена схема сети, которая построена с использованием коммутаторов и содержит несколько петель. В качестве корневого моста в данном случае будет выбран мост №1.

Рисунок 8. Пример работы алгоритма STA с сетью, содержащей петлевые структуры.

 

Алгоритм выбора корневых портов

После определения корневого моста все оставшиеся мосты выполняют процедуру определения корневого порта (root port). Корневым считается тот из портов моста, который связан наиболее дешевым путем с корневым мостом. В процессе определения корневого порта определяется также значение стоимости корневого маршрута (root path cost). На рисунке 7 корневые порты мостов отмечены точкой. Число, размещенное около порта, соответствует рассчитанному значению стоимости корневого маршрута.

Стоимость маршрута иногда называют расстоянием. Именно по этому критерию выбирается единственный порт, соединяющий каждый коммутатор с корневым, и единственный коммутатор, соединяющий каждый сегмент сети с корневым коммутатором. Стоимость маршрута определяется как суммарное условное время на передачу одного бита данных от порта данного коммутатора до порта корневого коммутатора. При этом временем внутренних передач (с порта на порт) пренебрегают, учитывается только время передачи по сегментам сети. Условное время сегмента рассчитывается как время, затрачиваемое на передачу одного бита информации в 10 наносекундных единицах между непосредственно связанными по сегменту сети портами. Для сегмента Ethernet это время равно 10 условным единицам.

В том случае, если несколько портов моста имеют одинаковое значение величины корневого маршрута, в качестве корневого выбирается порт, имеющий меньший порядковый номер, то есть наибольший приоритет.

Алгоритм определения назначенных мостов и портов

После определения корневых портов выполняется процедура определения назначенного моста для сети. На рисунке 7 сегменты сети обозначены римскими цифрами. В качестве назначенного для сегмента сети выбирается мост, который имеет минимальное значение стоимости корневого маршрута. В том случае, если несколько мостов будут иметь одинаковое значение величины корневого маршрута, в качестве назначенного будет выбран мост, который имеет минимальное значение идентификатора, то есть максимальный приоритет. В частности, для рассматриваемого варианта сети, назначенным мостом для сегмента II будет выбран мост №2, которому соответствует такое же значение этой величины, что и мосту №4. Аналогичным образом мост №5 будет выбран назначенным мостом для сегментов V и VI.


 

Порт назначенного моста, который используется для подключения к выбранному сегменту сети, называется назначенным портом На рисунке 7 назначенные порты отмечены треугольником.

У корневого моста все порты являются назначенными, а их расстояние до корня полагается равным нулю. Корневого порта у корневого моста нет.

Изменение конфигурации сети по результатам выполнения алгоритма STA

После того, как были определены назначенные мосты и порты, может быть выполнена процедура изменения структуры сети. В соответствии с этой процедурой, все порты мостов, которые не получили статус корневых или назначенных, должны быть переведены в заблокированное состояние. В соответствие с этой процедурой должны быть заблокированы все порты мостов №3, 4 и 6 (рисунок 9). Также должны быть заблокированы порты, которые не получили статус корневых или назначенных, на корневом и назначенных мостах.

Рисунок 9. Топология сети после применения алгоритма связующего дерева.

 

Протокол связующего дерева (Spanning Tree Protocol)

Для активизации протокола STP администратор должен активировать протокол, а затем задать следующие обязательные настройки на каждом коммутаторе в сети:

1. Уникальный идентификатор коммутатора, на основе которого будет получен приоритет коммутатора. Чем меньше значение идентификатора, тем выше будет приоритет коммутатора.

2. Уникальный идентификатор для каждого порта коммутатора. Чем меньше значение идентификатора, тем выше будет приоритет порта.

3. Стоимость отправки кадров через каждый порт коммутатора. Обычно коммутатор автоматически вычисляет стоимость для каждого собственного порта на основе пропускной способности подключенной к порту линии связи.

Также в зависимости от модели коммутатора администратор может дополнительно вручную задать значение следующих переменных:

1. Интервал приветствия Bridge Hello Time - это интервал между двумя посылками специального пакета BPDU (см. ниже), рассылаемого корневым коммутатором для оповещения остальных коммутаторов о том, что корневой коммутатор функционирует.

2. Максимальный возраст коммутатора Bridge Max. Age. Если пакет BPDU не будет получен от корневого коммутатора по истечении максимального времени жизни, то ваш коммутатор будет считать, что корневой коммутатор перестал функционировать, то есть произошли изменения в конфигурации сети, а затем начнет посылать собственный BPDU всем другим коммутаторам для разрешения стать корневым мостом.

Замечание: необходимо на всех коммутаторах сети значение параметра Bridge Max. Age выставлять большим значения параметра Bridge Hello Time (см. формулы ниже), иначе постоянно будут происходить ошибки конфигурации.

3. Задержка смены состояния коммутатора Bridge Forward Delay - это время, которое затрачивается не перевод любого порта из режима блокировки (blocking state) в режим функционирования (forwarding state).

Для нормального функционирования протокола STP приведенные параметры должны удовлетворять следующему условию:

2 *(HelloTime + 1) < MaxAge < 2 * (ForwardDelay - 1)

После активации и осуществления необходимых настроек администратором протокол STP начинает функционировать. Чтобы выполнить все шаги, заложенные в алгоритме STA, коммутаторы, работающие по протоколу STP, обмениваются между собой сообщениями в формате, определенном стандартом IEEE 802.1d. Эти сообщения называются блоками данных протокола мостов (BPDU, Bridge Protocol Data Unit) и содержат следующие поля:

• Идентификатор версии протокола (2 байта). Коммутаторы должны поддерживать одну и ту же версию протокола STP, иначе может установиться активная конфигурация с петлями.

• Тип сообщения (1 байт). Существует два типа сообщений BPDU - конфигурационный BPDU, то есть заявка на возможность стать корневым коммутатором, на основании которой происходит определение активной конфигурации, и BPDU уведомления о реконфигурации, которое посылается коммутатором, обнаружившим событие, требующее проведения реконфигурации - отказ линии связи, отказ порта, изменение приоритетов коммутатора или портов.

• Флаги (1 байт). Содержит два 1-битных флага:

> Бит 0. Topology Change (Изменение топологии) - указывает на то, что сообщение было послано для того, чтобы сигнализировать об изменении в составе сети (сообщение реконфигурации);

> Бит 7. Topology Change Acknowledgment (Подтверждение изменения топологии) - используется для подтверждения получения сообщения реконфигурации с установленным битом 0.

• Приоритет корневого коммутатора (8 байт) содержит в качестве 6 младших байт МАС-адрес корневого коммутатора и в качестве старших 2 байт идентификатор корневого коммутатора, назначенный администратором.

• Стоимость корневого пути (2 байта).

• Приоритет коммутатора (8 байт) содержит 6-байтовый аппаратный адрес моста, пославшего сообщение, и 2-байтовое значение заданного этому мосту идентификатора.

• Идентификатор порта (2 байта). Определяет порт, через который было послано сообщение.

• Возраст сообщения (2 байта). Указывает на время, прошедшее с момента отправки сообщения. Измеряется в единицах времени, кратных 0,5 секунды. Каждый коммутатор добавляет ко времени жизни пакета свое время задержки.

• Максимальный возраст сообщения (2 байта). Задает ограничение возраста, по достижении которого сообщение должно быть удалено.

• Интервал приветствия Bridge Hello Time (2 байта). Фиксирует временной интервал между конфигурационными сообщениями корневого моста.

• Задержка смены состояний Bridge Forward Delay (2 байта). Специфицирует промежуток времени, в течение которого коммутаторы должны ожидать завершения работы алгоритма STA после изменения топологии сети. Если еще не все коммутаторы закончили работу алгоритма, то преждевременные передачи данных могут вызвать появление циклов.

Сообщения BPDU инкапсулируются стандартными кадрами протокола Канального уровня. Желательно, чтобы все коммутаторы поддерживали общий групповой адрес, с помощью которого кадры, содержащие пакеты BPDU, могли одновременно передаваться всем коммутаторам сети. В противном случае пакеты BPDU рассылаются широковещательно. Пакеты BPDU не перенаправляются в другие сети.

Подробно рассмотрим каждый из этапов цикла.

Жизненный цикл протокола STP можно представить в виде следующей блок-схемы.

Рисунок 10.

 

Процесс конфигурации

Выбор корневого моста. После инициализации каждый коммутатор сначала считает себя корневым. Поэтому он начинает через интервал приветствия Bridge Hello Time генерировать через все свои порты сообщения BPDU конфигурационного типа. В них он указывает свой приоритет в качестве приоритета корневого коммутатора, расстояние до корня устанавливается в 0, а в качестве идентификатора порта указывается приоритет того порта, через который передается BPDU. Как только коммутатор получает BPDU, в котором имеется приоритет корневого коммутатора, больше его собственного, он перестает генерировать свои собственные кадры BPDU, а начинает ретранслировать только кадры нового претендента на звание корневого коммутатора. При ретрансляции кадров он наращивает расстояние до корня, указанное в пришедшем BPDU, на условное время сегмента, по которому принят данный кадр.

Выбор корневого порта. При ретрансляции кадров каждый коммутатор для каждого своего порта запоминает минимальное расстояние до корня. При завершении процедуры установления конфигурации покрывающего дерева, каждый коммутатор находит свой корневой порт - это порт, который ближе других портов находится к корню дерева.

Выбор назначенных мостов и портов. Кроме этого, коммутаторы выбирают для каждого сегмента сети назначенный порт. Для этого они исключают из рассмотрения свой корневой порт. Далее для всех своих оставшихся портов сравнивают принятые по ним минимальные расстояния до корня. Порт с минимальным расстоянием является назначенным портом. Когда имеется несколько портов с одинаковым кратчайшим расстоянием до корневого коммутатора, выбирается порт с наименьшим идентификатором (следовательно, с наибольшим приоритетом). Все порты, кроме назначенных и корневого, переводятся в заблокированное состояние и на этом построение покрывающего дерева заканчивается.

Функционирование сети

В процессе нормальной работы корневой коммутатор продолжает генерировать служебные пакеты BPDU через интервал Bridge Hello Time, а остальные коммутаторы продолжа ют их принимать своими корневыми портами и ретранслировать назначенными.

Возникновение события, требующего проведение реконфигурации

В процессе функционирования сети с установившейся древовидной топологией следующие события приводят к инициализации новой процедуры построения покрывающего дерева:

• если по истечении максимального времени жизни корневой порт любого коммутатора сети не получит пакет BPDU от корневого коммутатора.

• если пакет BPDU, генерируемый корневым коммутатором, будет получен любым не корневым портом любого назначенного коммутатора.

Рассылка сообщений о реконфигурации

Коммутатор, обнаруживший одно из вышеперечисленных событий, в первую очередь оповещает об этом корневой коммутатор (рисунок 11).

Изменение топологии произошло в точке Т. Шаг 1. Уведомление об изменение топологии (TCN) посылается корневому коммутатору

Шаг 2. Корневой коммутатор оповещает об этом остальные коммутаторы.

 

Рисунок 11.

 

Как только корень узнает о происшедшем изменении, он выставляет флаг ТС в сообщениях BPDU, которые он рассылает. Затем данные сообщения распространяются по всей сети. В этом случае граф сети выстраивается заново в соответствии с вышеописанным алгоритмом.

У пакета BPDU с уведомлением о реконфигурации отсутствуют все поля, кроме первых двух.

Состояния портов коммутатора

Таким образом, в процессе построения топологии сети каждый порт коммутатора проходит несколько стадий:

• Blocking (Заблокирован). При инициализации коммутатора все порты (за исключением отключенных) автоматически переводятся в состояние "Заблокирован". В этом случае порт генерирует, принимает, обрабатывает и ретранслирует только пакеты BPDU. Все остальные пакеты не передаются.

• Listening (Прослушивание). В начальный момент работы алгоритма STA порты коммутатора переходят в состояние "Прослушивание". В этот момент пакеты BPDU от других коммутаторов еще не получены и коммутатор считает себя корневым, а все свои порты - назначенными. В этом режиме порт может находиться до истечения таймера смены состояний (Forwarding Timer). Значение таймера берется из значения переменной Bridge Forward Delay и может устанавливаться администратором (см. выше). В этом режиме порт продолжает генерировать, принимать, обрабатывать и ретранслировать только пакеты BPDU. Если в течение этого времени порт получит BPDU с лучшими параметрами, чем собственные (расстояние, идентификатор коммутатора или порта), то он перейдет в состояние "Заблокирован". В противном случае порт переводится в состояние "Обучение".

• Learning (Обучение). Порт начинает принимать пакеты и на основе адресов источника строить таблицу коммутации. Порт в этом состоянии все еще не продвигает пакеты. Порт продолжает участвовать в работе алгоритма STA, и при поступлении BPDU с лучшими параметрами переходит в состояние Blocking "Заблокирован".

• Forwarding (Продвижение). Только после двукратной выдержки по таймеру порт переходит в состояние "Продвижение" и обрабатывает пакеты данных в соответствии с построенной таблицей

• Disable (Отключен). В это состояние порт переводит администратор. Отключенный порт не участвует ни в работе протокола STP, ни в продвижении пакетов данных. Порт можно также вручную включить и он сначала перейдет в состояние Blocking.

Временная диаграмма состояния портов приведена ниже.

Рисунок 12.

 

Недостатки протокола STP:

Можно выделить следующие основные недостатки протокола STP:

1. Медленное время восстановления (сходимости) сети после аварии. При использовании настроек по умолчанию, это время может достигать нескольких минут в небольшой сети для восстановления после простого обрыва соединения. Пока идет процесс восстановления, пользователи оторваны от сети, и большинство приложений закрывают свои сессии по тайм-ауту до того, как работа сети восстановится. С точки зрения пользователей это большое неудобство, так как они будут вынуждены переустанавливать все сессии, открытые приложениями.

2. Большое количество соединений в сети, использующей STP, находится в заблокированном состоянии и не передает данные. Таким образом, значительная часть пропускной способности сети не используется.

Данные недостатки призваны устранить следующие поколения протокола STP – Rapid STP и Multiple STP, которые рассмотрены ниже.

6.2. Алгоритм быстрого связующего дерева (Rapid Spanning Tree Algorithm, IEEE 802.1w)

Стандарт на протокол связующего дерева IEEE 802.1d Spanning Tree Protocol был разработан в 1983 году, когда время восстановления сети после сбоя в течении 1 минуты считалось достаточно приемлемым. Протокол IEEE 802.1w Rapid Spanning Tree (RSTP) был предложен многими производителями для уменьшения времени простоя клиентских портов во время процедуры восстановления сети, использующей STP. Протокол RSTP может рассматриваться скорее как эволюция протокола STP, нежели как революция. Терминология стандарта IEEE 802.1 d в основном осталась прежней. Большинство параметров остались без изменений. Таким образом, пользователи, хорошо знакомые со стандартом IEEE 802.1d, смогут быстро понять и сконфигурировать сеть на основе нового стандарта IEEE 802.1w. Стандарт IEEE 802.1w совместим со стандартом IEEE 802.1d, но при этом теряются достоинства протокола RSTP.

Основные отличия стандарта IEEE 802.1w от стандарта IEEE 802.1d

Отличие 1. Состояния портов коммутатора

Согласно стандарту на протокол RSTP существует только три состояния порта:

• Discarding (Отвергающий). Состояния «Отключен», «Заблокирован» и «Прослушивание» стандарта IEEE 802.1 d объединены в стандарте IEEE 802.1w в одно состояние «Отвергающий».

• Learning (Обучение).

• Forwarding (Продвижение).

Таким образом, временная диаграмма состояния портов для протокола RSTP выглядит следующим образом.

Получение BPDU С лучшими параметрами Рисунок 13.

 

Отличие 2. Роли портов

Так же как и в протоколе STP остались роли корневого и назначенного порта, но протокол RSTP вводит еще две дополнительные роли - альтернативный порт (alternative port) и резервный порт (backup port). Протокол STP определяет роль порта на основе пакетов BPDU. Грубо говоря, всегда существует метод для сравнения любых двух пакетов BPDU для того, чтобы решить, какой из них более приоритетный. Данное сравнение осуществляется на основе значений, записанных в поля «Стоимость корневого пути», «Приоритет коммутатора» и «Идентификатор порта». Корневые и назначенные порты в протоколе RSTP определяются и назначаются точно также, как и в протоколе STP. Поэтому имеет смысл показать, каким образом назначаются альтернативные и резервные порты.

Альтернативный порт. Альтернативный порт является заблокированным портом, который получает более приоритетные пакеты BPDU от другого моста (рисунок 14).

Рисунок 14.

 

 

Резервный порт Резервный порт является заблокированным портом, который получает более приоритетные пакеты BPDU от своего же моста (рисунок 15). Рисунок 15.

 

Альтернативный порт обеспечивает альтернативный маршрут к корневому мосту и, следовательно, может заменить текущий назначенный коммутатор. Резервный порт обеспечивает всего лишь дополнительный канал к корневому мосту.

Отличие 3. Новый формат пакета BPDU

Некоторые изменения затронули и формат пакета DPDU. В стандарте IEEE 802.1d определено всего два флага (см. выше). Стандарт IEEE 802.1w использует все 8 бит поля «Флаги» пакета BPDU. Новые флаги обеспечивают выполнение двух основных функций:

• кодирование роли и состояния порта, который сгенерировал пакет BPDU;

• осуществление механизма «предложение/соглашение».


 

Другое важное изменение, привнесенное стандартом IEEE 802.1w в формат пакета DPDU, - это значение поля «Идентификатор версии протокола» содержит значение 2. Мосты, работающие по стандарту IEEE 802.1 d, будут отбрасывать пакет данного типа.

Отличие 4. Новый алгоритм работы с пакетами BPDU

Пакеты BPDU рассылаются с интервалом Bridge Hello Time всеми коммутаторами (а не только корневым) и больше не ретранслируются. Согласно стандарту IEEE 802.1d пакеты BPDU генерировал только корневой коммутатор с интервалом Hello Time, который может задаваться администратором сети. При этом остальные не корневые коммутаторы только ретранслировали пакеты BPDU, пришедшие на их корневой порт. Стандарт IEEE 802.1w предусматривает, что все коммутаторы с интервалом Hello Time рассылают пакеты BPDU с собственной информацией через все свои порты, даже если они не получили пакет BPDU от корневого моста. Таким образом, после установления устойчивой конфигурации сети (этап «Функционирование сети», см. выше «Жизненный цикл протокола STP») служебный трафик протокола RSTP несколько больше, чем у протокола STP. Учитывая пропускную способность каналов современных ЛВС, это вообще нельзя считать недостатком.

Более быстрое устаревание информации. В протоколе RSTP следующие события могут привести к инициализации новой процедуры построения покрывающего дерева:

• если по истечении максимального времени жизни корневой порт любого коммутатора сети не получит служебный пакет BPDU от корневого коммутатора (как и в протоколе STP);

• если пакеты BPDU не будут получены три раза подряд (три интервала Hello Time) от соседних коммутаторов. Таким образом, теперь пакеты BPDU используются в качестве механизма определения работоспособности подключенной линии связи или коммутатора (keep-alive mechanism). Коммутатор, не получивший пакет BPDU от другого коммутатора три раза подряд, считает, что связь с другим коммутатором потеряна. Подобный механизм позволяет быстрее определять неисправность в сети и запускать процедуру реконфигурации.

Обработка «худших» пакетов BPDU. Рассмотрим следующую ситуацию (рисунок 16). В установившейся топологии сети происходит разрыв связи между корневым коммутатором и коммутатором В. Следовательно, не получив пакет BPDU от корневого коммутатора в течении времени Max Bridge Age, коммутатор В рассылает сообщение о реконфигурации, а затем конфигурационный пакет BPDU. В случае протокола STP всё это приводит к реконфигурации всей сети. При использовании же протокола RSTP события будут развиваться иначе.

Рисунок 16

 

Коммутатор А продолжает получать пакеты BPDU от корневого коммутатора, приоритет которых выше, чем пакеты BPDU коммутатора В. Поэтому коммутатор А сразу пересылает пакет BPDU корневого коммутатора коммутатору В. Следовательно, коммутатор В прекращает генерировать пакеты BPDU и определяет порт X как корневой.

Быстрый переход портов в состояние «Продвижения»

Быстрая конфигурация сети является самым важным нововведением в стандарте IEEE 802.1w. В сетях, в которых применяется классический протокол STP, уменьшение времени сходимости можно достичь только за счет уменьшения значений параметров Bridge Forward Delay и Bridge Max. Age, что зачастую приводит к нестабильности в работе протокола и сети. Для того, чтобы достичь более быстрой сходимости сети, протокол RSTP вводит два новых типа портов - пограничный порт (edge port) и порт точка-точка (point-to-point port, Р2Р port).

Пограничные порты

Пограничным портом является порт, непосредственно подключенный к сегменту, в котором не могут быть созданы петли. Например, порт непосредственно подключен к рабочей станции. Порт, который определен как пограничный, мгновенно переходит в состояние продвижения, минуя состояние обучения. Пограничный порт теряет свой статус и становится обычным портом связующего дерева в том случае, если получит пакет BPDU.

Р2Р порт

Р2Р порт обычно используется для подключения к другим мостам и также способен быстро перейти в состояние продвижения. При работе RSTP все порты, функционирующие в полнодуплексном режиме, рассматриваются как порты Р2Р, до тех пор, пока не будут переконфигурированы вручную.

Сходимость сети

При использовании протокола STP.

Рассмотрим пример, отражающий ситуацию, приводящую к реконфигурации сети при использовании протокола STP (рисунок 17).

Рисунок 17.

 

На приведенной топологии добавлен новый канал между корневым коммутатором и коммутатором А. При этом между указанными коммутаторами уже есть связь через коммутаторы С и D (рисунок 18).

Рисунок 18.

 

Сейчас коммутатор А в состоянии прослушивать корневой порт напрямую. Таким образом, пакет BPDU от корня приходит не на корневой порт коммутатора А. А это одно из двух событий, приводящих к реконфигурации сети при использовании протокола STP. Таким образом, протокол STP блокирует порты на обоих концах нового канала, то есть порт корневого коммутатора и коммутатора А, и переводит эти порты в состояние «Прослушивание». Таким образом, исключается петля в сети.


 

Далее пакеты BPDU коммутатор А сразу же ретранслирует на все свои порты, и они попадают на назначенный порт коммутатора С и назначенный порт коммутатора D. Следовательно, коммутаторы С и D тоже понимают, что произошло изменение в конфигурации сети, блокируют все свои порты и рассылают сообщение о реконфигурации сети. Теперь только через двойное время Bridge Forward Delay произойдет полное перестроение сети.

Теперь посмотрим, как протокол RSTP будет работать в аналогичной ситуации. Обратите внимание на то, что конечная топология сети будет такой же, как и в случае использования протокола STP. Только при использовании протокола RSTP для достижения данной топологии будет применена другая последовательность шагов, что займет гораздо меньше времени.

Также как и в протоколе STP сразу после добавления нового канала связи порты между коммутатором А и корневым коммутатором будут заблокированы (рисунок 19). Рисунок 19.

 

После этого коммутатор А запустит процедуру sync, в рамках которой будут выполнены следующие действия:

• коммутатор А блокирует все свои Р2Р-порты;

• коммутатор А инициализирует процесс согласования с корнем, в рамках которого порты на обоих концах нового канала переводятся обратно в состояние Forwarding.

Далее процесс блокировки портов спускается ниже по дереву по мере того, как распространяются служебные пакеты BPDU корневого коммутатора через коммутатор А, и сеть принимает конфигурацию, показанную на рисунке 20.

Рисунок 20.

 

Коммутаторы В и С также выполняют процедуру sync. Коммутатор В помимо заблокированного порта содержит только пограничные порты, поэтому в рамках процедуры sync он дополнительно не блокирует ни одного из своих портов, а только переводит канал между собой и коммутатором А в активное состояние. Коммутатор С блокирует порт, соединяющий его с D. В результате сеть принимает следующий вид (рисунок 21).

Рисунок 21.

 

В итоге достигается такая же конфигурация сети, как и при использовании протокола STP (блокируется порт коммутатора D, соединяющий его с коммутатором С). Время, затрачиваемое на перестроение сети, - это время, необходимое для спуска пакетов BPDU вниз по дереву, то есть в процессе реконфигурации не учитываются никакие таймеры.

Механизм «Предложение/Согласие»

После того, как согласно алгоритму STA порт стал назначенным, пройдёт еще двойное время Forward Delay, и только тогда порт перейдет в состояние продвижения. При использовании протокола RSTP переход портов в состояние продвижения осуществляется гораздо быстрее. Рассмотрим следующий пример (рисунок 22).

Рисунок 22.

 

Предположим, что между корневым коммутатором и коммутатором А появился новый канал связи. Соответственно, оба назначенных порта на этом канале будут переведены в состояние блокировки. При этом, согласно протоколу RSTP, когда назначенный порт находится в состоянии блокировки (Discarding) или обучения (Learning) (и только в этом случае), он выставляет бит «Предложение» (Proposal bit) в BPDU, который он генерирует. Поэтому порт рО корневого коммутатора посылает именно такой пакет BPDU (шаг 1). Так как коммутатор А получает более приоритетную информацию (пакет BPDU, в котором расстояние до корня меньше, чем во всех пакетах BPDU, получаемых до возникновения нового канала связи), то он немедленно назначает порт р1 новым корневым портом. Далее коммутатор А запускает процедуру sync (Шаг 2). В данной процедуре не участвуют следующие типы портов:

• пограничный;

• заблокированный.

Для того, чтобы проиллюстрировать работу процедуры sync над различными типами портов, предположим, что на коммутаторе А существует альтернативный порт р2, назначенный порт рЗ в состоянии продвижения и пограничный порт р4. Заметим, что в проводимой процедуре sync порты р2 и р4 участвовать не будут. Поэтому коммутатору А для удачного завершения процедуры sync необходимо заблокировать только порт рЗ. После этого коммутатор А может разблокировать свой новый корневой порт р1 и послать через него пакет BPDU корневому коммутатору с выставленным битом «Согласие» (Agreement bit) (Шаг 3). Сразу после получения портом рО данного пакета, он сразу переходит в состояние продвижения (Шаг 4, рисунок 23).

Рисунок 23

 

После выполнения четвертого шага порт рЗ находится в такой же ситуации, как и порт рО на первом шаге. Поэтому порт рЗ начнет посылать своим соседям пакеты BPDU с выставленным битом предложения.

Таким образом, можно выделить следующие основные черты механизма «Предложение/Соглашение»:

• механизм очень быстрый и не использует в своей работе никаких таймеров. «Волна рукопожатий» быстро распространяется по направлению к границе сети и быстро восстанавливает работоспособность сети после происходящих изменений в топологии;

• если заблокированный назначенный порт не получает пакет BPDU с выставленным битом «Соглашение» он выполняет стандартную процедуру перехода в состояние продвижения (discarding-learning-listen), тем самым замедляя процедуру перехода и увеличивая время реконфигурации сети. Это может случиться, если удаленный коммутатор не поддерживает протокол RSTP или порт удаленного коммутатора заблокирован.

UplinkFast

Другой формой немедленного перевода порта в состояние продвижения является механизм UplinkFast. Когда корневой порт выходит из строя, коммутатор переводит свой наилучший альтернативный порт в режим продвижения. Выбор альтернативного порта в качестве корневого изменяет топологию сети, но при этом типичная процедура реконфигурации сети путем рассылки широковещательных (или multicast) сообщений BPDU не запускается. Просто мосты, стоящие выше в дереве иерархии, очищают соответствующие записи в таблице Content Addressable Memory. Данный механизм не требует какой-либо конфигурации со стороны администратора, так как в протоколе RSTP он является встроенным.

Новый механизм изменения топологии

Механизм изменения топологии в протоколе RSTP сильно переработан.
Обнаружение изменения топологии

Согласно стандарту IEEE 802.1w, только не пограничные порты, переведенные в состояние продвижения, могут генерировать события изменения топологии. При обнаружении изменения топологии протокол RSTP в первую очередь производит следующие действия:

• запускает на всех не пограничных портах и корневом порту таймер ТС While Timer на время, равное двум величинам Hello Time. Во время работы таймера ТС While Timer через порт посылаются сообщения BPDU с выставленным флагом ТС;

• очищает все записи в таблице перенаправления, связанные сданными портами.

Распространение объявления об изменении топологии

Кода коммутатор получает сообщение BPDU с выставленным флагом ТС, он производит следующие операции:

• очищает все записи в таблице перенаправления, связанные со всеми его портами за исключением того, по которому было получено сообщение BPDU;

• запускает таймер ТС While Timer и рассылает сообщения BPDU с выставленным флагом ТС через все свои назначенные порты и корневой порт.

Таким образом, сообщения об изменение топологии распространяются очень быстро по всей сети. Распространение данных сообщений теперь укладывается в один шаг. То есть коммутатор, обнаруживший изменение топологии, распространяет сообщения через всю сеть в отличие от протокола STP, где данную функцию может выполнять только корневой коммутатор (рисунок 24).

Создатель сообщений Toplogy Change напрямую распространяет их через всю сеть Рисунок 24.

 

За несколько секунд большинство записей в таблице перенаправления сбрасываются у всех коммутаторов сети. С одной стороны это приводит к временному «флуду» в сети (который необходим для повторного заполнения таблицы), а с другой - к удалению устаревших записей, которые мешают быстрому восстановлению связности сети.

Совместимость со стандартом IEEE 802.1d

Протокол RSTP в состоянии взаимодействовать с протокол STP, но при этом теряются все достоинства стандарта IEEE 802.1w, связанные с быстрой сходимостью сетевой топологии.

Недостатки стандарта IEEE 802.1w

Хотя протокол RSTP имеет гораздо более высокие показатели по надежности и отказо устойчивости по сравнению со стандартным протоколом STP, он сохраняет такие недостатки, как долгое время восстановления сети. И поэтому любые версии Spanning Tree неприменимы в сетях, которые требуют надежности в 99,999%.


6.3. Множественные группы Spanning Tree (Multiple Spanning Tree, IEEE 802.1s)

MSTP расширяет стандарт IEEE 802.1w (РБТР)для поддержки нескольких копий STP. Это расширение обеспечивает как быструю сходимость сети, так и возможность баланса нагрузки в сети с настроенными VLAN. Стандарт 802.1s MSTP также вносит дополнения и в стандарт 802.1Q. Протокол MSTP обратно совместим с протоколами 802.1 d и 802.1w и позволяет настраивать несколько независимых "деревьев" STP в разных VLAN - администратор может группировать и назначать VLAN на отдельные "связующие деревья". Каждое такое "дерево" может иметь свою независимую от других "деревьев" топологию. Подобная новая архитектура обеспечивает несколько разных вариантов для передачи данных и позволяет организовать баланс нагрузки. Это свойство улучшает отказоустойчивость сети к возможным сбоям, так как сбой соединений в отдельном "дереве" (маршруте передачи данных) не отразится на других "деревьях" и, соответственно, возможных маршрутах. Также благодаря MSTP облегчается задача администрирования и управления крупными сетями: можно использовать резервные маршруты передачи данных путем настройки нескольких VLAN и настройкой независимых "деревьев" на поучившихся сегментах сети.

Проиллюстрируем работу MSTP на простом примере (рисунок 25). Допустим, сеть состоит из 3 коммутаторов, соединенных между собой. В сети настроены 2 VLAN с VID 10 и 20. На коммутаторе 1 VLAN 10 и 20 настроены на разных портах таким образом, что трафик для обоих VLAN 10 и 20 передается по разным соединениям. На первый взгляд, такая конфигурация достаточно обычна и хорошо подходит для балансировки нагрузки при передаче трафика двух различных VLAN. Однако в сети настроен протокол STP.

Если коммутатор 3 будет выбран корневым коммутатором для STP, то соединение между коммутаторами 1 и 2 будет заблокировано. В этом случае трафик из VLAN 20 не сможет передаваться по сети. Эта проблема возникает потому, что коммутаторы рассматривают VLAN 10 и 20 как независимые сети, в то время как протокол STP рассматривает топологию сети как одну целую сеть.

Рисунок 25.

 

Одним из решений подобной проблемы может стать настройка независимых копий STP на коммутаторах. Но настройка независимых копий STP не применяется, т.к. это может привести к значительному снижению производительности сети. К тому же, для многих сетей нет необходимости выполнять сложные настройки. Гораздо предпочтительнее настроить единую структуру STP на всей сети.

Для нормального взаимодействия нескольких устройств, они должны сопоставлять различные VLAN с несколькими возможными вариантами прохождения трафика – копиями дерева STP. Именно для этого и служит протокол 802.1 S MSTP. Возвращаясь к примеру, можно увидеть, что 802.1s действительно решает поставленную задачу: если назначить VLAN 10 на копию MSTP под номером 1, a VLAN 20 сопоставить с копией 2. Т.о. получится две независимых топологии дерева STP. Коммутатор 3 становится корневым для копии MSTP номер 2 и блокирует прохождение трафика между коммутаторами 1 и 2. Но, в отличие от протокола 802.1 D STP, это соединение блокируется только для прохождения трафика из VLAN 10. Трафик из VLAN 20 будет передаваться по этому соединению. Аналогичным образом копия MSTP под номером 2 выберет коммутатор 2 в качестве корневого и заблокирует соединение между коммутаторами 1 и 3 для трафика из VLAN 20.

Таким образом, достигается требуемая работа сети: осуществляется баланс нагрузки при передаче трафика нескольких VLAN по разным соединениям и в то же время в сети отсутствуют логические "петли".

Рисунок 26.


– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Технологии построения сетей Ethernet. Правление потоком в полнодуплексном режиме. Зеркалирование портов. Объединение портов в магистральные линии связи. Виртуальные сети

Научно производственное предприятие Учебная техника Профи.. Учебно лабораторный стенд..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Протоколы связующего дерева (Spanning Tree Protocols)

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Управление потоком в полнодуплексном режиме (IEEE 802.Зх Flow Control in full-duplex compliant)
Дуплексный режим работы требует наличия такой дополнительной функции, как управление потоком. Она позволяет принимающему узлу (например, порту сетевого коммутатора)в случае переполнение буфера дать

Виртуальные сети (Virtual LAN)
Виртуальная ЛВС (VLAN, Virtual LAN) - логическая группа компьютеров в пределах одной реальной ЛВС, за пределы которой не выходит любой тип трафика (широковещательный [broadcast], многоадресный [mul

Основы коммутации третьего уровня
8.1. Причины появления Маршрутизаторы - устройства сложные и оказываются дороже, чем коммутаторы при том же уровне производительности. А из-за задержек на обработку информации маршрутизато

Версии SIM
Существуют следующие версии SIM: 1.0, 1.5 и 1.6. Ниже они будут рассмотрены в сравнении. Версии 1.0 и 1.5 Версия SIMvl .5 предлагает следующие улучшения по сравнению с верс

Сегментация трафика (Traffic Segmentation)
Сегментация трафика служит для разграничения портов на Канальном уровне. Данная функция позволяет настраивать порты или группу портов таким образом, чтобы они были изолированы друг от друга, но в т

Протокол IEEE 802.1х
Протокол IEEE 802.1х является механизмом безопасности, обеспечивающим аутентификацию и авторизацию пользователей и тем самым ограничивающим доступ проводных или беспроводных устройств к покальной с

Протокол IGMP
2.1. Рассылка групповых сообщений в сети Internet Рассылка групповых сообщений IP (IP-мультикастинг) предоставляет приложениям два сервиса: 1. Доставка к нескольким пункт

IP-маршрутизация
Основная задача любой сети - транспортировка информации от ЭВМ-отправителя к ЭВМ-получателю В большинстве случаев для этого нужно совершить несколько пересылок. Проблему выбора пути решают алгоритм

Основные термины 1Р-маршрутизации. Автономные системы
Автономной системой называют такую локальную сеть или систему сетей, которые имеют единую администрацию и общую маршрутную политику. Концепция автономных систем предполагает разбиение сети на отдел

Сравнение маршрутизации по вектору расстояния и маршрутизации с учетом состояния канала связи
Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком. К тому же изменения конфигурации могут от

Протокол маршрутизации RIP
Протокол RIP является одним из первых, которые были использованы в информационно - вычислительных сетях вообще и в сети Internet - в частности. Этот протокол маршрутизации предназначен для сравните

Протокол маршрутизации OSPF
Протокол OSPF (Open Shortest Path First, RFC-1245-48, RFC-1370, RFC-1583-1587, RFC-1850, RFC-2328-29, RFC-3137) является стандартным протоколом маршрутизации для использования в системах сетей IP л

Алгоритм маршрутизации. Формат таблицы маршрутизации
Структура таблицы маршрутизации (ТМ) содержит всю информацию, необходимую для перенаправления IP датаграммы к месту назначения. Каждая запись ТМ описывает набор лучших маршрутов к какому-либо месту

Модель безопасности USM
Модель безопасности USM (User-Based Security Model) использует концепцию авторизованного сервера (authoritative Engene). При любой передаче сообщения одна или две сущности, передатчик или приемник,

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги