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冗余拓扑与环路
访问文件服务器、数据库、因特网、企业内部网和企业外部网,这些对于商业成功有着关键作用。如果网络瘫痪了,生产就会蒙受损失,顾客就会不满。因此,在如今的网络工程设计中,冗余设计是考验一个网络稳定的关键环节,链路冗余使网络具有了容错功能,但如何在冗余设计中避免“网络环路”的危害呢?

所有的网络设计者和管理者都在追寻1天24小时,1周7天都能正常运行的计算机网络。但达到100%正常运行是几乎不可能的,%(即“5个9”)的可靠性则是一些公司设定的目标。这意味着平均每30年才有1天的故障时间,平均每4000天才有1小时的故障时间,。此外,对许多企业(如金融机构、医院、ISP等)而言,如果发生这些故障,则会带来巨大的商业损失。
%的可靠性的目标需要极其可靠的网络。就本章而言,网络的可靠性来源于可靠的设备和可以容忍故障和错误的网络设计,为了屏蔽故障,网络应当设计成能够快速收敛。
部分局域网在早期的建设中,由于成本的原因并未在设计中考虑冗余问题,而在后期优化工作中则需从网络链路和网络设备两方面着手。条件允许的话最好能够提供不同物理方向的双归属、双路由保护。设备的冗余是指采用冗余配置的单机或多台设备互为热备份,但是一般情况下多台设备互为热备份的方式比较昂贵。因此,生成树技术存在着很大应用需求市场。

冗余拓扑(Redundant Topologies)的目标是消除由于单点故障引起的网络中断。这就和我们每天上班途经的公路一样,如果正在进行道路维修的话,我们同样可以通过绕行来到达目的地。如图8-1中所示,网段2中的所有客户端在交换机出现故障时,网络应用不会受到影响。交换机A如果出现故障,网络流量依然可以通过交换机B到达服务器和路由器。
 
图8-1  冗余拓扑网络
容错性通过冗余来实现。冗余指的是多于和大于一般情况和正常情况下所应该有的冗余设计可以贯穿整个三层结构(核心、汇聚、接入),每个冗余设计都有针对性,可以选择其中一部分或几部分应用到网络中以针对重要的应用系统。万一网络中某条路径失效时,冗余链路可以提供另一条物理路径。可采用链路聚合(IEEE )实现“端口级”冗余,以克服某个端口或线路引起的故障;也可采用生成树协议(IEEE )提供“设备级”的冗余连接。

交换机学习连接到其端口设备的MAC地址,以便于工作数据能够正确转发到目的地。在交换机获得设备的MAC地址之前,它会把未知的目的地的帧泛洪出去,广播和多播也会被泛洪出去。所以,冗余交换拓扑也会导致广播风暴、帧的反复重传和MAC地址表不稳定的问题。
从生成树的发展历程来看,透明网桥转发数据帧时,如果有环路,数据帧将会在环路中来回传递,大量增生数据帧,形成广播风暴。如图8-2所示,显示了一个核心的数据区域的多环形网络。
多环形网络可以实现任何一条链路出现问题都不影响应用,但在环形交换网络中很容易出现“广播风暴”。出现“广播风暴”主要有两种原因:广播和电缆中断引发环路。
1)广播环路
图8-3中说明广播环路的形成。网络两台交换和两台主机,两台交换机之间环形连接,如果没有启用生成树,主机A向主机B发送广播帧。
 
图8-2