1、引言

在一個(ge) 橋接的局域網裏，為(wei) 了增強可靠性，必然要建立一個(ge) 冗餘(yu) 的路徑，網段會(hui) 用冗餘(yu) 的網橋連接。但是，在一個(ge) 透明橋橋接的網絡裏，存在冗餘(yu) 的路徑就能建立一個(ge) 橋回路，橋回路對於(yu) 一個(ge) 局域網是致命的。它會(hui) 帶來如下問題：

A.廣播風暴

B.同一幀的多份拷貝

C.不穩定的MAC地址表

因此，在交換網絡中必須有一個(ge) 機製來阻止回路。

2、生成樹協議

生成樹協議就是IT界中常用的機製.生成樹協議是一種橋嵌套協議，在IEEE 802.1d規範裏定義(yi) ，可以用來消除橋回路。它的工作原理是這樣的：生成樹協議定義(yi) 了一個(ge) 數據包，叫做橋協議數據單元BPDU（Bridge Protocol Data Unit）。網橋用BPDU來相互通信，並用BPDU的相關(guan) 機能來動態選擇根橋和備份橋。但是因為(wei) 從(cong) 中心橋到任何網段隻有一個(ge) 路徑存在，所以橋回路被消除。

在一個(ge) 生成樹環境裏，橋不會(hui) 立即開始轉發功能，它們(men) 必須首先選擇一個(ge) 橋為(wei) 根橋，然後建立一個(ge) 指定路徑。在一個(ge) 網絡裏邊擁有最低橋ID的將變成一個(ge) 根橋，全部的生成樹網絡裏麵隻有一個(ge) 根橋。根橋的主要職責是定期發送配置信息，然後這種配置信息將會(hui) 被所有的指定橋發送。這在生成樹網絡裏麵是一種機製，一旦網絡結構發生變化，網絡狀態將會(hui) 重新配置。

當選定根橋之後，在轉發數據包之前，它們(men) 必須決(jue) 定每一個(ge) 網段的指定橋，運用生成樹的這種算法，根橋每隔2秒鍾從(cong) 它所有的端口發送BPDU包，BPDU包被所有的橋從(cong) 它們(men) 的根端口複製過來，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，網絡管理員分配端口的COST到所有的橋端口，當根橋發送BPDU的時候，根橋設置它的端口值為(wei) 零。然後沿著這條路徑，下一個(ge) 橋增加它的配置端口COST為(wei) 一個(ge) 值，這個(ge) 值是它接收和轉發數據包到下一個(ge) 網段的值。這樣每一個(ge) 橋都增加它的端口的COST值為(wei) 它所接收的BPDU的包的COST值，所有的橋都檢測它們(men) 的端口的COST值，擁有最低端口的COST值的橋就變為(wei) 了指定的橋。擁有比較高端口COST值的橋置它的端口進入阻塞狀態，變為(wei) 了備份橋。在阻塞狀態，一個(ge) 橋停止了轉發，但是它會(hui) 繼續接收和處理BPDU數據包。

IEEE 802.1D規範包括了生成樹算法（Spanning Tree Algorithm，STA），這是一種確保轉發循環永遠不會(hui) 發生的機製。 STA使用網橋協議數據單元（Bridge Protocol Data Units，BPDU），自動配置網橋上處於(yu) 轉發或阻塞狀態的獨立端口。BPDU是網橋發送到一個(ge) 已保存的多播MAC地址（對於(yu) 以太網，這個(ge) 地址是01-80-C2-00-00-00）的消息，所有透明網橋都會(hui) 偵(zhen) 聽該地址。在阻塞狀態下，端口不會(hui) 獲悉或轉發已接收到的幀。STA的最終結果是一個(ge) 無循環的橋接環境，不管局域網網段拓撲結構是否改變，這個(ge) 環境總是一直存在。生成樹算法,決(jue) 定了網絡鏈路故障恢複時間,最少不低於(yu) 15秒。

生成樹的狀態:

運行生成樹協議的交換機上的端口，總是處於(yu) 下麵五個(ge) 狀態中的一個(ge) ：

阻塞：所有端口以阻塞狀態啟動以防止回路，由生成樹確定哪個(ge) 端口切換為(wei) 轉發狀態，處於(yu) 阻塞狀態的端口不轉發數據幀但可接受BPDU。

監聽：不轉發數據幀，但檢測BPDU（臨(lin) 時狀態）。

學習(xi) ：不轉發數據幀，但學習(xi) MAC地址表（臨(lin) 時狀態）。

轉發：可以傳(chuan) 送和接受數據數據幀。

禁用：通常由於(yu) 端口故障或交換機配置錯誤引起.

3、Supreme-Ring協議

Supreme-Ring協議是在工業(ye) 以太網使用的冗餘(yu) 機製。Supreme-Ring協議和生成樹協議有點相似，Supreme-Ring協議也定義(yi) 了一種數據包，稱為(wei) HELLO包，又稱為(wei) WD包（Watch Dog Packets)。交換機之間用HELLO包通信，在主交換機上動態選擇主鏈路和備份鏈路。但是因為(wei) 從(cong) 中心橋到任何網段隻有一個(ge) 路徑存在，所以橋回路被消除。

在工業(ye) 冗餘(yu) 環網網絡環境裏,交換機不會(hui) 立即開始轉發功能,主交換機(Local)由手動指定,選擇主鏈路和備份鏈路建立一個(ge) 指定路徑,由Supreme-Ring協議自動指定。一個(ge) 工業(ye) 冗餘(yu) 環網網絡裏麵隻能有一個(ge) 主交換機(Local)。主交換機(Local)會(hui) 定期發送配置信息，這種配置信息將會(hui) 被所有的從(cong) 交換機（Remote）發送。一旦網絡結構發生變化，網絡狀態將會(hui) 重新配置。

當指定主交換機(Local)之後，在轉發數據包之前，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(wei) 主鏈路，另一條COST值高的端口作為(wei) 備份鏈路。備份鏈路不轉發數據，隻接收和處理HELLO包，處於(yu) 熱備（Hot Standby）狀態。從(cong) 交換機（Remote）沒有主鏈路和備份鏈路的區別。Supreme-Ring協議是一種簡潔高效的冗餘(yu) 協議，能夠保證環網在鏈路故障時，在300ms之內(nei) 恢複網絡通信。

Supreme-Ring的狀態：

運行Supreme-Ring協議的交換機上的端口，總是處於(yu) 下麵四個(ge) 狀態中的一個(ge) ：

阻塞：所有端口以阻塞狀態啟動以防止回路，處於(yu) 阻塞狀態的端口不轉發數據幀但可接受HELLO包。

熱備：不轉發數據幀，但學習(xi) MAC地址表，在主鏈路故障時，在300ms之內(nei) ，立刻進入轉發狀態。

轉發：可以傳(chuan) 送和接受數據數據幀。

禁用：通常由於(yu) 端口故障或交換機配置錯誤引起。

4、結束語

工業(ye) 網絡環境需要快速反應冗餘(yu) 機製，生成樹協議的15秒恢複時間，不能滿足工業(ye) 環境要求。隻有采用Supreme-Ring協議才是工業(ye) 網絡環境的最佳冗餘(yu) 機製。