以太網(wǎng)交換機(jī)還是比較常用的，于是我研究了一下以太網(wǎng)交換機(jī)中生成樹協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法，在這里拿出來和大家分享一下，希望對大家有用。以太網(wǎng)交換機(jī)在第二層即MAC層必須具有路由功能。目前普遍使用的MAC層路由方式是IEEE802.1組織發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)：基于生成樹算法的路由。

在局域網(wǎng)內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)執(zhí)行了生成樹算法以后，會(huì)組成一個(gè)生成樹動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使局域網(wǎng)內(nèi)任意兩個(gè)工作站之間不存在回路，以防止由此產(chǎn)生的局域網(wǎng)廣播風(fēng)暴，同時(shí)，生成樹算法還負(fù)責(zé)監(jiān)測物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，并能在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化之后建立新的生成樹。例如當(dāng)一個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)壞了或某一條數(shù)據(jù)通咱斷了后，能提供一定的容錯(cuò)能力而重新配置生成樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。以太網(wǎng)交換機(jī)根據(jù)生成樹動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的狀態(tài)信息來維護(hù)和更新MAC路由表，最終實(shí)現(xiàn)MAC層的路由。

一、以太網(wǎng)交換機(jī)在MAC層體系結(jié)構(gòu)

以太網(wǎng)交換機(jī)在MAC層的功能主要是實(shí)現(xiàn)LAN的互連。根據(jù)IEEE802.1D協(xié)議的規(guī)定，在MAC層工作的體系結(jié)構(gòu)必須包含以下內(nèi)容：（1）一個(gè)用于連接交換機(jī)端口的MAC轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)體；（2）至少兩個(gè)端口；（3）高層協(xié)議實(shí)體，其中包括交換機(jī)協(xié)議實(shí)體。如圖1所示。

MAC轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)體主要實(shí)現(xiàn)交換機(jī)不同端口間的內(nèi)部通信。該實(shí)體存儲(chǔ)各個(gè)端口的工作狀態(tài)并維護(hù)一個(gè)過濾數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中存放了一張MAC地址表，用以實(shí)現(xiàn)MAC層的路由。當(dāng)數(shù)據(jù)幀從一個(gè)端口的底層服務(wù)進(jìn)程傳上來時(shí)，MAC實(shí)體首先判斷目的端口的工作狀態(tài)，如果目的端口沒有被阻塞，MAC轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)體將依據(jù)MAC地址表的對應(yīng)關(guān)系將該幀從目的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。同時(shí)MAC轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)體還可以進(jìn)行過濾、記錄MAC地址等操作。

以太網(wǎng)交換機(jī)端口的功能是從與其相連的LAN上接收或傳送數(shù)據(jù)。端口的狀態(tài)由生成樹算法規(guī)定，包括轉(zhuǎn)發(fā)、學(xué)習(xí)、監(jiān)聽、阻塞和禁止?fàn)顟B(tài)。高層協(xié)議實(shí)體位于LLC層，主要用于計(jì)算和配置LAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。下面介紹的生成樹協(xié)議算法就是運(yùn)行在該協(xié)議實(shí)體內(nèi)，用來實(shí)現(xiàn)MAC層的路由。在運(yùn)行生成樹算法時(shí)，高層協(xié)議實(shí)體可以直接調(diào)用MAC轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)體提供的服務(wù)，并能讀取或更改MAC實(shí)體數(shù)據(jù)庫中維護(hù)的信息，如從MAC實(shí)體中讀取或更改某端口的狀態(tài)信息等。

在運(yùn)行生成樹算法時(shí)，以太網(wǎng)交換機(jī)的高層協(xié)議實(shí)體將使用一個(gè)統(tǒng)一的組地址01-80-C2-00-00-00作為目的MAC地址，該數(shù)據(jù)被稱為BPDU（橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元）。BPDU中攜帶了實(shí)現(xiàn)生成樹算法的有關(guān)信息。在實(shí)現(xiàn)生成樹算法時(shí)，從端口接收上來BPDU，由LLC層的服務(wù)進(jìn)程將其傳給交換機(jī)協(xié)議實(shí)體。在執(zhí)行了生成樹算法以后，交換機(jī)的協(xié)議實(shí)體將根據(jù)算法的結(jié)果更新端口的狀態(tài)信息并更新過濾數(shù)據(jù)庫，以決定交換機(jī)端口的工作狀態(tài)（阻塞或轉(zhuǎn)發(fā)等），從而建立生成樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

二、生成樹協(xié)議

1、生成樹協(xié)議介紹

生成樹協(xié)議基于以下幾點(diǎn)：（1）有一個(gè)唯一的組地址（01-80-C2-00-00-00）標(biāo)識一個(gè)特定LAN上的所有的交換機(jī)。這個(gè)組地址能被所有的交換機(jī)識別；（2）每個(gè)交換機(jī)有一個(gè)唯一的標(biāo)識（BridegIdentifier）；（3）每個(gè)交換機(jī)的端口有一個(gè)唯一的端口標(biāo)識（PortIdentifier）。對生成樹的配置進(jìn)行管理還需要：對每個(gè)交換機(jī)調(diào)協(xié)一個(gè)相對的優(yōu)先級；對每個(gè)交換機(jī)的每個(gè)端口調(diào)協(xié)一個(gè)相對的優(yōu)先級；對每個(gè)端口調(diào)協(xié)一個(gè)路徑花費(fèi)。

具有***優(yōu)先級的交換機(jī)被稱為根（root）交換機(jī)。每個(gè)交換機(jī)端口都有一個(gè)根路徑花費(fèi)，根路徑花費(fèi)是該交換機(jī)到根交換機(jī)所經(jīng)過的各個(gè)跳段的路徑花費(fèi)的總和。一個(gè)交換機(jī)中根路徑花費(fèi)的值為***的端口稱為根端口，若有多個(gè)端口具有相同的根路徑花費(fèi)，則具有***優(yōu)先級的端口為根端口。

在每個(gè)LAN中都有一個(gè)交換機(jī)被稱為選?。╠esignated）交換機(jī)，它屬于該LAN中根路徑花費(fèi)最少的交換機(jī)。把LAN和選取交換機(jī)連接起來的端口就是LAN的選取端口（designatedport）。如果選取交換機(jī)中有兩個(gè)以上的端口連在這個(gè)LAN上，則具有***優(yōu)先級的端口被選為選取端口。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

由于以太網(wǎng)交換機(jī)A具有***優(yōu)先級（橋標(biāo)識***），被選為根交換機(jī)，所以交換機(jī)A是LANA和LANB的選取交換機(jī)；假設(shè)交換機(jī)B的根路徑花費(fèi)為6，交換機(jī)C的根路徑花費(fèi)為4，那么交換機(jī)C被選為LANC的選取交換機(jī)，亦即LANC與交換機(jī)A之間的消息通過交換機(jī)C轉(zhuǎn)發(fā)，而不是通過交換機(jī)B。LANC與交換機(jī)B之間的鏈路是一條冗余鏈路。

2、BPDU編碼

以太網(wǎng)交換機(jī)之間定期發(fā)送BPDU包，交換生成樹配置信息，以便能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洹⒒ㄙM(fèi)或優(yōu)先級的變化做出及時(shí)的響應(yīng)。BPDU分為兩種類型，包含配置信息的BPDU包稱為配置BPDU（ConfigurationBPDU），當(dāng)檢測到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化時(shí)則要發(fā)送拓?fù)渥兓ㄖ狟PDU（TopologycHANGEnOTIFICATIONBPDU）。配置BPDU編碼如圖3所示。