IEEE 802.1标准简介

IEEE 802.1标准简介

目录

零、IEEE 802.1简介

一、IEEE 802.1D

二、IEEE 802.1p协议

三、IEEE 802.1q协议

四、IEEE 802.1w协议

五、IEEE 802.1s协议

六、IEEE 802.1x协议

零、IEEE 802.1简介

IEEE 802.1是一组协议的集合，如生成树协议、VLAN协议等。为了将各个协议区别开来，IEEE在制定某一个协议时，就在IEEE 802.1后面加上不同的小写字母，如IEEE 802.1a定义局域网体系结构；IEEE 802.1b定义网际互连，网络管理及寻址；IEEE 802.1d定义生成树协议；IEEE 802.1p 定义优先级队列；IEEE 802.1q定义VLAN标记协议；IEE 802.1s定义多生成树协议；IEEE 802.1w定义快速生成树协议；IEEE 802.1x定义局域网安全认证等。

一、IEEE 802.1D

1、IEEE 802.1D简介

为了解决“广播风暴”这一在二层数据网络中存在弊端，IEEE（电机和电子工程师学会）制定了IEEE 802.1d的生成树（Spanning Tree）协议。生成树协议是一种链路管理协议，为网络提供路径冗余，同时防止产生环路。为使以太网更好地工作，两个工作站之间只能有一条活动路径。

STP（生成树协议）允许网桥之间相互通信以发现网络物理环路。该协议定义了一种算法，网桥能够使用它创建无环路（loop-free）的逻辑拓朴结构。换句话说，STP创建了一个由无环路树叶和树枝构成的树结构，其跨越了整个第二层网络。

2、工作原理

STP协议中定义了根桥（Root Bridge）、根端口（Root Port）、指定端口（Designated Port）、路径开销（Path Cost）等概念，目的就在于通过构

造一棵自然树的方法达到裁剪冗余环路的目的，同时实现链路备份和路径最优化。用于构造这棵树的算法称为生成树算法SPA。要实现这些功能，网桥之间必须要进行一些信息的交流，这些信息交流单元就称为配置消息BPDU。STP BPDU是一种二层报文，目的MAC是多播地址

01-80-C2-00-00-00，所有支持STP协议的网桥都会接收并处理收到的BPDU 报文。该报文的数据区里携带了用于生成树计算的所有有用信息。

STP的主要不足表现在：二层数据网的收敛时间过长；网络拓扑容易引起全局波动；缺乏对现有多VLAN 环境的支持。具体不足和所采用的增强技术参见局介绍。

二、IEEE 802.1p协议

IEEE 802.1P是流量优先权控制标准，工作在媒体访问控制（MAC）子层，使得二层交换机能够提供流量优先级和动态组播过滤服务。IEEE 802.1p 标准也提供了组播流量过滤功能，以确保该流量不超出第二层交换网络范围。

IEEE 802.1p协议头包括一个3位优先级字段，该字段支持将数据包分组为各种流量种类。它是IEEE 802.1q（VLAN标签协议）标准的扩充协议，它们协同工作。IEEE 802.1q标准定义了为以太网MAC帧添加的标签。VLAN 标签有两部分：VLAN ID（12比特）和优先级（3比特）。IEEE 802.1q VLAN标准中没有定义和使用优先级字段，而IEEE 802.1p中则定义了该字段。

IEEE 802.1p中定义的优先级有8种。最高优先级为7，应用于关键性网络流量；优先级6和5主要用于延迟敏感（delay-sensitive）应用程序；优先级4到1主要用于受控负载（controlled-load）应用程序；优先级0是缺省值，在没有设置其它优先级值的情况下自动启用。

三、IEEE 802.1q协议

IEEE 802.1q协议也就是“Virtual Bridged Local Area Networks”（虚拟桥接局域网，简称“虚拟局域网”）协议，定义一个关于VLAN连接介质访问控制层和IEEE 802.1D生成树协议的具体概念模型。

1、VLAN简介

“Virtual LANs”（虚拟局域网）目前发展很快，世界上主要的大网络厂商在他们的交换机设备中都实现了VLAN协议。在一个支持VLAN技术的交换机中，可以将它的以太网口划分为几个组，比如生产组、工程组、市场组等。这样，组内的各个用户就象在同一个局域网内（可能各组的用户

位于很多的交换机上，而非一个交换机）一样，同时，不是本组的用户就无法访问本组的成员，在一定程度上提高了各组的网络安全性。

VLAN成员的定义可以分为4种，即根据端口划分VLAN；根据MAC 地址划分VLAN；根据网络层划分VLAN；根据IP组播划分。

2、协议简介

IEEE 802.1q协议为标识带有VLAN成员信息的以太帧建立了一种标准方法。IEEE802.1q标准定义了VLAN网桥操作，从而允许在桥接局域网结构中实现定义、运行以及管理VLAN拓朴结构等操作。IEEE 802.1q标准主要用来解决如何将大型网络划分为多个小网络，如此广播和组播流量就不会占据更多带宽的问题。此外IEEE 802.1q标准还提供更高的网络段间安全性。IEEE802.1q完成这些功能的关键在于标签。支持IEEE 802.1q的交换端口可被配置来传输标签帧或无标签帧。一个包含VLAN信息的标签字段可以插入到以太帧中。如果端口有支持IEEE 802.1q的设备（如另一个交换机）相连，那么这些标签帧可以在交换机之间传送VLAN成员信息，这样VLAN 就可以跨越多台交换机。但是，对于没有支持IEEE 802.1q设备相连的端口我们必须确保它们用于传输无标签帧。

在IEEE 802.1q中，用于标签帧的最大合法以太帧大小已由1518字节增加到1522字节，这样就会使网卡和旧式交换机由于帧“尺寸过大”而丢弃标签帧。具体帧格式参见书中介绍。

四、IEEE 802.1w协议

为了解决前面介绍的STP协议缺陷，在20世纪初IEEE推出了802.1w 标准。它同样是属于生成树协议类型，称之为“快速生成树协议”，作为对802.1D标准的补充。之所以要制定IEEE 802.1w协议的原因是IEEE 802.1d 协议虽然解决了链路闭合引起的死循环问题，但是生成树的收敛（过程仍需比较长的时间。

1、协议原理

IEEE 802.1w RSTP的特点是将许多思科增值生成树扩展特性融入原始IEEE 802.1d中，如Portfast、Uplinkfast和Backbonefast。IEEE 802.1w协议通过利用一种主动的网桥到网桥握手机制，取代IEEE 802.1d根网桥中定义的计时器功能，提供了交换机（网桥）、交换机端口（网桥端口）或整个LAN的快速故障恢复功能。

RSTP协议在STP协议基础上做了以下两个重要改进，使得收敛速度快得多（最快1秒以内）。