1,、引言

在一個橋接的局域網(wǎng)里，為了增強可靠性,，必然要建立一個冗余的路徑,，網(wǎng)段會用冗余的網(wǎng)橋連接。但是,，在一個透明橋橋接的網(wǎng)絡(luò)里,，存在冗余的路徑就能建立一個橋回路，橋回路對于一個局域網(wǎng)是致命的,。它會帶來如下問題：

A.廣播風(fēng)暴

B.同一幀的多份拷貝

C.不穩(wěn)定的MAC地址表

因此,，在交換網(wǎng)絡(luò)中必須有一個機制來阻止回路。

2,、生成樹協(xié)議

生成樹協(xié)議就是IT界中常用的機制.生成樹協(xié)議是一種橋嵌套協(xié)議,，在IEEE 802.1d規(guī)范里定義，可以用來消除橋回路,。它的工作原理是這樣的：生成樹協(xié)議定義了一個數(shù)據(jù)包,，叫做橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元BPDU（Bridge Protocol Data Unit）。網(wǎng)橋用BPDU來相互通信,，并用BPDU的相關(guān)機能來動態(tài)選擇根橋和備份橋,。但是因為從中心橋到任何網(wǎng)段只有一個路徑存在，所以橋回路被消除,。

在一個生成樹環(huán)境里,，橋不會立即開始轉(zhuǎn)發(fā)功能，它們必須首先選擇一個橋為根橋,，然后建立一個指定路徑,。在一個網(wǎng)絡(luò)里邊擁有最低橋ID的將變成一個根橋，全部的生成樹網(wǎng)絡(luò)里面只有一個根橋,。根橋的主要職責(zé)是定期發(fā)送配置信息,，然后這種配置信息將會被所有的指定橋發(fā)送。這在生成樹網(wǎng)絡(luò)里面是一種機制,，一旦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)將會重新配置。

當選定根橋之后,，在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前,，它們必須決定每一個網(wǎng)段的指定橋，運用生成樹的這種算法,，根橋每隔2秒鐘從它所有的端口發(fā)送BPDU包,，BPDU包被所有的橋從它們的根端口復(fù)制過來，根端口是接根橋的那些橋端口,。BPDU包括的信息叫做端口的COST,，網(wǎng)絡(luò)管理員分配端口的COST到所有的橋端口，當根橋發(fā)送BPDU的時候,，根橋設(shè)置它的端口值為零,。然后沿著這條路徑，下一個橋增加它的配置端口COST為一個值,，這個值是它接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到下一個網(wǎng)段的值,。這樣每一個橋都增加它的端口的COST值為它所接收的BPDU的包的COST值，所有的橋都檢測它們的端口的COST值,，擁有最低端口的COST值的橋就變?yōu)榱酥付ǖ臉?。擁有比較高端口COST值的橋置它的端口進入阻塞狀態(tài)，變?yōu)榱藗浞輼?。在阻塞狀態(tài),，一個橋停止了轉(zhuǎn)發(fā)，但是它會繼續(xù)接收和處理BPDU數(shù)據(jù)包,。

IEEE 802.1D規(guī)范包括了生成樹算法（Spanning Tree Algorithm,，STA），這是一種確保轉(zhuǎn)發(fā)循環(huán)永遠不會發(fā)生的機制,。 STA使用網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Bridge Protocol Data Units,，BPDU），自動配置網(wǎng)橋上處于轉(zhuǎn)發(fā)或阻塞狀態(tài)的獨立端口,。BPDU是網(wǎng)橋發(fā)送到一個已保存的多播MAC地址（對于以太網(wǎng),，這個地址是01-80-C2-00-00-00）的消息，所有透明網(wǎng)橋都會偵聽該地址,。在阻塞狀態(tài)下,，端口不會獲悉或轉(zhuǎn)發(fā)已接收到的幀。STA的最終結(jié)果是一個無循環(huán)的橋接環(huán)境,，不管局域網(wǎng)網(wǎng)段拓撲結(jié)構(gòu)是否改變,，這個環(huán)境總是一直存在。生成樹算法,決定了網(wǎng)絡(luò)鏈路故障恢復(fù)時間,最少不低于15秒,。

生成樹的狀態(tài):

運行生成樹協(xié)議的交換機上的端口,，總是處于下面五個狀態(tài)中的一個：

阻塞：所有端口以阻塞狀態(tài)啟動以防止回路,，由生成樹確定哪個端口切換為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，處于阻塞狀態(tài)的端口不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀但可接受BPDU,。
監(jiān)聽：不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀,，但檢測BPDU（臨時狀態(tài)）。
學(xué)習(xí)：不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀,，但學(xué)習(xí)MAC地址表（臨時狀態(tài)）,。
轉(zhuǎn)發(fā)：可以傳送和接受數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀。
禁用：通常由于端口故障或交換機配置錯誤引起.

3,、Supreme-Ring協(xié)議

Supreme-Ring協(xié)議是在工業(yè)以太網(wǎng)使用的冗余機制,。Supreme-Ring協(xié)議和生成樹協(xié)議有點相似，Supreme-Ring協(xié)議也定義了一種數(shù)據(jù)包,，稱為HELLO包,，又稱為WD包（Watch Dog Packets)。交換機之間用HELLO包通信,，在主交換機上動態(tài)選擇主鏈路和備份鏈路,。但是因為從中心橋到任何網(wǎng)段只有一個路徑存在，所以橋回路被消除,。

在工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里,交換機不會立即開始轉(zhuǎn)發(fā)功能,主交換機(Local)由手動指定,選擇主鏈路和備份鏈路建立一個指定路徑,由Supreme-Ring協(xié)議自動指定,。一個工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)里面只能有一個主交換機(Local)。主交換機(Local)會定期發(fā)送配置信息,，這種配置信息將會被所有的從交換機（Remote）發(fā)送,。一旦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)將會重新配置,。

當指定主交換機(Local)之后,，在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前，所有端口都以阻塞方式啟動,。運用Supreme-Ring算法,，主交換機(Local)選擇最低COST值的端口作為主鏈路，另一條COST值高的端口作為備份鏈路,。備份鏈路不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),，只接收和處理HELLO包，處于熱備（Hot Standby）狀態(tài),。從交換機（Remote）沒有主鏈路和備份鏈路的區(qū)別,。Supreme-Ring協(xié)議是一種簡潔高效的冗余協(xié)議，能夠保證環(huán)網(wǎng)在鏈路故障時,，在300ms之內(nèi)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)通信,。

Supreme-Ring的狀態(tài)：

運行Supreme-Ring協(xié)議的交換機上的端口，總是處于下面四個狀態(tài)中的一個：

阻塞：所有端口以阻塞狀態(tài)啟動以防止回路,，處于阻塞狀態(tài)的端口不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀但可接受HELLO包,。
熱備：不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀,，但學(xué)習(xí)MAC地址表，在主鏈路故障時,，在300ms之內(nèi),，立刻進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。
轉(zhuǎn)發(fā)：可以傳送和接受數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀,。
禁用：通常由于端口故障或交換機配置錯誤引起。

4,、結(jié)束語

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境需要快速反應(yīng)冗余機制,，生成樹協(xié)議的15秒恢復(fù)時間，不能滿足工業(yè)環(huán)境要求,。只有采用Supreme-Ring協(xié)議才是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的最佳冗余機制,。