具有冗余链路的 LAN 交换

到目前为止，所有 LAN 交换示例都使用简单的 LAN 拓扑。在现实世界中，每个网络拓扑都使用冗余设备和链接，因为可用性对于计算机网络至关重要。让我们看看当存在冗余链路时交换机的行为。

泛洪广播、未知单播和多播 (BUM) 帧

如果您还记得我们在上一课中学到的，当交换机接收到帧时，它会根据其 MAC 表检查目标 MAC 地址，如果没有匹配的条目，它将帧转发到除传入接口之外的所有接口。这个过程通常被称为泛洪，目标 MAC 未知的帧称为未知单播。

图 1. 泛洪未知单播帧的以太网交换机

这里的主要思想很简单 -如果您不知道将帧准确发送到何处，则将其发送到任何地方，收件人最终会得到它. 并且接收器可能会回复，因此交换机将学习两个节点的 MAC 地址并继续未来的转发过程，如已知的单播（而不是泛洪帧）。

交换机还泛洪其他两种类型的帧：

· 广播帧- 发往以太网广播地址 FF-FF-FF-FF-FF-FF 的帧

· 多播帧- 发往以“1110”位开头的 MAC 地址的帧

以太网环路（广播风暴）

如果我们将这种泛洪逻辑应用于具有冗余链路的交换拓扑，就会出现奇怪的效果。让我们看一下图 2 所示的示例。PC1 发出一个广播帧。当交换机 1 接收到广播时，它会将其发送到所有端口，但传入端口除外。因此，它将帧的副本发送到交换机 2 和交换机 3。当 SW2 和 SW3 接收到副本时也会发生同样的情况。他们看到这是一个广播并将其副本发送到除传入端口之外的所有端口。最后，这个广播的泛滥导致框架无限期地围绕三个开关反复旋转直到其中一个由于 CPU 高而崩溃，或者其中一个链接完全拥塞且无法使用。这种效应称为以太网环路、第 2 层环路或广播风暴。

图 2. 具有冗余链路但没有 STP 的网络拓扑

像图 2 这样的冗余拓扑对于高可用性是必要的，但交换机需要防止那些循环广播帧的不良影响。为了阻止这些环路，Cisco 交换机使用一种称为生成树 (STP) 的协议，该协议会导致一些冗余链路进入阻塞状态。阻塞是指接口不接收或转发帧，直到发生网络故障并且需要使用链路。

关键话题  LAN 交换在没有将拓扑分解为无环路拓扑的机制的情况下无法在环路拓扑（具有冗余链路的网络）中工作。最广泛使用的环路预防技术是生成树 (STP) 和链路聚合，但也存在其他技术。

图 3 所示是同一网络的一个示例，但具有打破循环拓扑的机制。请注意，交换机 2 和交换机 3 之间的链路不用于帧转发，因此广播帧无法无限循环。

图 3. 具有 STP 冗余链路的网络拓扑

让我们从 SW3 的控制台检查交换机 2 和交换机 3 之间链路的实际状态。

您可以看到接口物理上处于 UP 状态，线路协议处于 UP 状态，但没有进行实际转发。这是因为生成树协议实际上阻塞了接口，以防止广播无限循环，如上所述。请注意，FastEthernet0/2 的状态为“ BLK ”，表示阻塞，端口角色为“ Altn ”，表示替代。我们将在CCNA学习路径 的下一门课程中详细了解 Spanning-Tree 协议的工作原理， 称为Spanning-Tree Fuandnmentals。

概括

总而言之，本课最重要的几点是：

• 如果没有将拓扑结构分解为逻辑无环路树的机制，具有冗余链路的 LAN 网络将无法工作。

• 默认情况下，Cisco 交换机使用一种称为 生成树的协议来防止第 2 层环路。