[发明专利]生成树协议中端口角色选择方法以及交换设备

说明书

技术领域

本发明涉及交换设备中生成树协议的收敛技术，适用于生成树协议(STP，Spanning Tree Protoal)、快速生成树协议(RSTP，Rapid Spanning Tree Protocal)和多生成树协议(MSTP， Multi Spanning Tree Protocal)。

背景技术

生成树协议是二层交换机中基本的协议，也是使用最频繁的协议之一。其主要功能是保 证网络中不会出现环路，同时提供冗余备份链路。但是在网络环境和配置较复杂时，由于协 议本身的局限性，收敛速度有时会很慢，并且随着环境的复杂度越大，拓扑变化时网络振荡 时间也越大。在实际测试中我们发现，在两台生成树设备之间的多链路备份环境下，拓扑的 变化可能会导致某些端口选择错误的端口角色而使报文在备份链路之间循环，直到报文老化 才能停止拓扑的振荡。

下面就以RSTP环境为例来详细说明老信息在备份链路之间循环传递导致拓扑无法快速 收敛的过程，拓扑如图1所示。

图中设备A3为根，设备A1的端口0/1和端口0/2都是指定端口，端口0/3为根端口， 设备A1通过其端口0/3与根设备A3相连，设备A2的端口0/1为根端口，0/2为替换端口， 所有链路都是1000M，A1和A2之间采用链路备份。

当根设备A3与设备A1之间的链路断开时，设备A1会以自己为新的根，其端口0/1先发 送新的以自己为根的BPDU(Bridge Protocal Data Unit，网桥协议数据单元)报文，如图2 所示，设备A2的0/1端先收到以该新的报文，触发新一轮的端口角色选择，由于端口0/2此 时还没有收到新的报文，仍保存以A3为根的老信息，因此转换为根端口，而端口0/1所在链 路上，设备A2的端口0/1以设备A3为指定根，而设备A1的0/1以自己为指定根，在此链路 上设备A2的端口0/1更优，也就是设备A2的指定优先级高于端口优先级(对于接收类型端 口，端口优先级来自于消息优先级)因此根据生成树协议标准算法，设备A2的0/1端口转换 为指定端口，而端口0/2转换为根端口，同时向设备A1发送老的BPDU报文，报文中message 参数加一，根路径消耗也增加1000M链路的路径消耗，如图3所示。

而可能设备A1的端口0/1在收到老报文之前，端口0/2才将新的以自己为根的BPDU报 文发送出来，当设备A1的端口0/1收到老报文时认为收到了新的更优的信息，转换为根端口， 更新本设备的根信息为老的无效的BPDU信息，同时将老信息的message参数加一，从指定端 口0/2发送出去。如图4所示。

设备A2的端口0/2收到以设备A1为根的新的BPDU报文时，更新本地设备的根信息，同 时从端口0/1发送携带该新信息的BPDU报文，而设备A1收到后发现报文信息以自己为根并 且对方为指定端口，同时根路径消耗又不为0，认为报文无效不进行处理，从而终止了新报 文的循环。

而设备A2的端口0/2又会马上收到以设备A3为根的老的BPDU报文，又更新本地设备 的根信息为设备A3，同时从端口0/1发送老的BPDU报文，message参数加一，根路径消耗也 相应增加。如图5所示。

在老BPDU报文无效之前，设备A1和设备A2的端口角色一直保持为图5中的状态，直 到message参数增加到大于等于maxage参数值，新的根选择才重新开始。在这个过程中指定 端口会由于生成树协议中的握手机制(对于STP没有握手，而是转发定时器重启)而处于 DISCARD(丢弃)状态，导致设备A1和设备A2之间的通讯中断。

以上环境只涉及到生成树协议基本算法，因此STP、RSTP和MSTP在同样环境下都存在类 似问题。

STP有3种端口角色：根端口(Root Port)、指定端口(Designated Port)、禁用端口 (Disabled Port)。RSTP和MSTP中存在有5种端口角色，分别是根端口(Root Port)、指 定端口(Designated Port)、替换端口(Alternate Port)、备份端口(Backup Port)、禁用 端口(Disabled Port)。标准生成树协议中端口角色的确定为：

(1)如果端口处于禁用状态，那么这个端口就是禁用端口；