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以太网交换机快速生成树协议的研究与实现

作　者: 张劲松
导　师: 徐志根
学　校: 西南交通大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 交换机 生成树协议 快速生成树协议
分类号: TP393.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 423次
引　用: 6次
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内容摘要


生成树协议是网络二层设备的基础协议之一,它通过分布式计算使得网络活动拓扑为树型结构,从而有效地防止了网络中回路的出现,避免了由于帧的无限循环和重复接收所导致网络风暴的发生。从最初的STP(基本生成树协议)到RSTP(快速生成树协议)再到后来的MSTP(多生成树协议),生成树协议演化出了很多版本,网络活动拓扑的形成和收敛速度也越来越快。目前一般的交换机或者交换式桥接器上都实现了STP,STP的收敛时间在几十秒钟以内,而且运行该协议所需要的系统资源较少,能满足一般的网络需要。但随着网络速率和规模的越来越大,多媒体的应用越来越普及,几十秒的等待时间对用户来说难以忍受。为此很多交换机厂商都采取了特有的技术来缩短这个时间,但这些技术之间缺乏兼容性和互操作性。在这种情况下,IEEE委员会制定了RSTP标准,称为IEEE802.1w,RSTP的收敛时间能控制在秒级。本文以某公司的实际产品开发为背景,对这一技术进行了系统、深入、全面的分析,并在特定的软硬件环境下对RSTP的实现进行了详细的介绍,主要工作如下: 1.介绍了实现RSTP协议的软硬件载体(以太网交换机、VxWorks嵌入式操作系统、TMS2.0软件包)。 2.对RSTP理论进行了深入的探讨,包括其工作原理、状态机、优点和缺陷等,着重在对IEEE802.1w标准文档的分析上。并在此基础上给出一个仿真模型,详细描述了RSTP计算一个简单的八节点局域网络的根网桥、根端口、指定网桥、指定端口、备份端口和替换端口的全过程。 3.对特定平台下RSTP的实现进行了介绍,包括模块设计、数据结构设计、子程序设计等内容。分析了RSTP与TMS2.0框架中其它协议模块的关系,并设计了它们之间的重要接口。 4.对本设计进行了客观分析,提出了优化和改进的方法,并进行了比较测试。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
绪论  8-10
  1．1 课题背景  8
  1．2 国内外研究现状  8-9
  1．3 研究内容  9
  1．4 论文组织结构  9-10
第二章 软硬件环境介绍  10-20
  2．1 VxWorks操作系统简介  10-14
    2．1．1 VxWorks任务  10-11
      2．1．1．1 任务状态转换  10-11
      2．1．1．2 任务调度  11
    2．1．2 VxWorks任务间的通信  11-13
      2．1．2．1 信号量  12
      2．1．2．2 消息队列  12-13
    2．1．3 TMS2．0简介  13-14
  2．2 交换机关键技术简介  14-20
    2．2．1 交换机基本工作原理  15-17
      2．2．1．1 数据帧转发  15
      2．2．1．2 地址学习过程  15-17
    2．2．2 交换机的转发模式  17
    2．2．3 多层交换技术  17-18
    2．2．4 交换机与其它网络通信产品的比较  18-20
      2．2．4．1 交换机和交换式集线器  18
      2．2．4．2 交换机和路由器  18-20
第三章 快速生成树协议分析  20-34
  3．1 生成树协议的发展  20-23
  3．2 快速生成树协议概述  23-24
  3．3 工作原理  24-27
    3．3．1 设置端口角色  24-25
    3．3．2 改变端口状态  25
    3．3．3 更新过滤数据库  25-27
  3．4 RSTP与STP的兼容  27-28
  3．5 RSTP的缺陷  28-29
  3．6 RSTP的状态机  29-31
  3．7 计算实例  31-34
第四章 快速生成树协议的实现  34-59
  4．1 结构设计  34-48
    4．1．1 RSTP模块总体结构  34-36
    4．1．2 输入部分子模块细分  36-37
    4．1．3 RSTP核心处理部分子模块细分  37-39
      4．1．3．1 消息处理子模块细分  37-38
      4．1．3．2 状态机操作模块细分  38-39
    4．1．4 RSTP总体行为描述  39-42
    4．1．5 状态机的行为分析  42
    4．1．6 外部事件处理及行为决策描述  42-45
    4．1．7 RSTP的HA同步及平滑设计  45-48
      4．1．7．1 HA同步设计  46-47
      4．1．7．2 RSTP主从切换时的平滑方案  47
      4．1．7．3 RSTP的主MPU卡与LPU卡的交互控制设计  47
      4．1．7．4 HA同步行为设计  47-48
  4．2 主要的数据结构设计  48-55
    4．2．1 RSTP网桥生成树数据结构  48-49
    4．2．2 RSTP端口数据结构  49-52
    4．2．3 RSTP状态机数据结构  52-53
    4．2．4 RSTP接口与协议间的消息数据结构  53
    4．2．5 RSTP同步数据数据结构  53-54
    4．2．6 RSTP的主要全局变量  54-55
  4．3 子程序设计说明  55-59
    4．3．1 系统需求规格说明与子模块及子程序的关系  55-57
    4．3．2 RSTP协议任务处理流程  57
    4．3．3 RSTP初始化子模块  57-59
第五章 优化和改进  59-70
  5．1 改进的目标  59
  5．2 生成树消息的处理分析  59-60
  5．3 解决方案  60-70
    5．3．1 消息合并  60-68
      5．3．1．1 前提条件  60-61
      5．3．1．2 风险分析  61-62
      5．3．1．3 对比测试  62-68
      5．3．1．4 结论  68
    5．3．2 关于对消息覆盖问题的思考  68-69
    5．3．3 关于对消息不丢失的思考  69-70
结论  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
攻读硕士学位期间所发表的论文  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 局域网（LAN）、城域网（MAN） > 以太网
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