實(shí)施STP LAN 交換及無(wú)線–第 5 章.ppt

實(shí)施STP,LAN 交換及無(wú)線第 5 章,章節(jié)目標(biāo),說(shuō)明冗余功能對(duì)融合網(wǎng)絡(luò)的作用 概要說(shuō)明 STP 如何在融合網(wǎng)絡(luò)中消除第 2 層環(huán)路 說(shuō)明 STP 算法如何通過(guò)三個(gè)步驟收斂于無(wú)環(huán)拓?fù)?在 LAN 中采用快速 PVST+ 來(lái)防止冗余交換機(jī)之間出現(xiàn)環(huán)路.,章節(jié)索引,5.1 具備冗余功能的第2層拓?fù)?5.2 STP簡(jiǎn)介 5.3 STP收斂 5.4 PVST+,RSTP 和 快速PVST+,5.1 具備冗余功能的第2層拓?fù)?LAN 交換及無(wú)線第 5 章,5.1.1 冗余功能,第 2 層冗余功能通過(guò)添加設(shè)備和電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)備用網(wǎng)絡(luò)路徑，從而提升網(wǎng)絡(luò)可用性。 當(dāng)有多條網(wǎng)絡(luò)路徑可用于數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，即使一條路徑失效，也不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的連通性。,5.1.1 冗余功能,在分層設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)冗余功能的方法是在分布層和核心層添加額外的硬件，并通過(guò)額外添加的硬件建立備用路徑。,5.1.2 冗余功能存在的問(wèn)題,廣播風(fēng)暴 當(dāng)卷入第 2 層環(huán)路的廣播幀過(guò)多，導(dǎo)致所有可用帶寬都被耗盡時(shí)，便形成了廣播風(fēng)暴。此時(shí)沒(méi)有帶寬可供正常流量使用，網(wǎng)絡(luò)無(wú)法支持?jǐn)?shù)據(jù)通信。,20 Bytes,Version (4),Destination IP Address (32),Options (0 or 32 if any),Data (varies if any),Bit 0,Bit 15,Bit 16,Bit 31,Header Length (4),Priority & Type of Service (8),Total Length (16),Identification (16),Flags (3),Fragment offset (13),Time to live (8),Protocol (8),Header checksum (16),Source IP Address (32),IP包的結(jié)構(gòu),字節(jié)和數(shù)字的存儲(chǔ)順序是從右到左，依次是從低位到高位，而網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)順序是從左到右，依次從低位到高位。,5.1.2 冗余功能存在的問(wèn)題,重復(fù)的單播幀 廣播幀并不是會(huì)受環(huán)路影響的唯一一種幀。發(fā)送到環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的單播幀也可能造成目的設(shè)備收到重復(fù)的幀。,5.1.3 現(xiàn)實(shí)中的冗余問(wèn)題,5.1.3 現(xiàn)實(shí)中的冗余問(wèn)題,5.1.3 現(xiàn)實(shí)中的冗余問(wèn)題,配線間中的環(huán)路,5.1.3 現(xiàn)實(shí)中的冗余問(wèn)題,工作室內(nèi)的環(huán)路,5.2 STP簡(jiǎn)介,LAN 交換及無(wú)線第 5 章,5.2.1 生成樹(shù)算法,冗余功能可防止網(wǎng)絡(luò)因單個(gè)故障點(diǎn)（例如網(wǎng)絡(luò)電纜或交換機(jī)故障）而無(wú)法運(yùn)行，以此提升網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目捎眯浴?向第 2 層設(shè)計(jì)引入冗余功能時(shí)，環(huán)路和重復(fù)幀現(xiàn)象也可能隨之而出現(xiàn)。環(huán)路和重復(fù)幀對(duì)網(wǎng)絡(luò)有著極為嚴(yán)重的影響。 生成樹(shù)協(xié)議 (STP) 便旨在解決這些問(wèn)題。,5.2.1 生成樹(shù)算法,一般STP操作,5.2.1 生成樹(shù)算法,STP 可以彌補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)故障所帶來(lái)的問(wèn)題,5.2.1 生成樹(shù)算法,STP 會(huì)特意阻塞可能導(dǎo)致環(huán)路的冗余路徑，以確保網(wǎng)絡(luò)中所有目的地之間只有一條邏輯路徑。 當(dāng)一個(gè)端口阻止流量進(jìn)入或離開(kāi)時(shí)，該端口便視為處于阻塞狀態(tài)。 阻塞冗余路徑對(duì)于防止網(wǎng)絡(luò)環(huán)路非常關(guān)鍵。為了提供冗余功能，這些物理路徑實(shí)際依然存在，只是被禁用以免產(chǎn)生環(huán)路。 一旦需要啟用此類路徑來(lái)抵消網(wǎng)絡(luò)電纜或交換機(jī)故障的影響時(shí)，STP 就會(huì)重新計(jì)算路徑，將必要的端口解除阻塞，使冗余路徑進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)。,5.2.1 生成樹(shù)算法,STP 使用生成樹(shù)算法 (STA) 計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的哪些交換機(jī)端口應(yīng)配置為阻塞才能防止環(huán)路形成。STA 會(huì)將一臺(tái)交換機(jī)指定為根橋，然后將其用作所有路徑計(jì)算的參考點(diǎn)。 所有參與 STP 的交換機(jī)互相交換 BPDU 幀，以確定網(wǎng)絡(luò)中哪臺(tái)交換機(jī)的網(wǎng)橋 ID (BID) 最小。BID 最小的交換機(jī)將自動(dòng)成為 STA 計(jì)算中的根橋。,5.2.1 生成樹(shù)算法,BPDU 是運(yùn)行 STP 的交換機(jī)之間交換的消息幀。每個(gè) BPDU 都包含一個(gè) BID，用于標(biāo)識(shí)發(fā)送該 BPDU 的交換機(jī)。BID 內(nèi)含有優(yōu)先級(jí)值、發(fā)送方交換機(jī)的 MAC 地址以及可選的擴(kuò)展系統(tǒng) ID。BID 值的大小由這三個(gè)字段共同決定。,5.2.1 生成樹(shù)算法,5.2.1 生成樹(shù)算法,到根橋的最佳路徑開(kāi)銷,5.2.1 生成樹(shù)算法,到根橋的最佳路徑開(kāi)銷 - 配置端口開(kāi)銷,5.2.1 生成樹(shù)算法,到根橋的最佳路徑開(kāi)銷 - 路徑開(kāi)銷,5.2.1 生成樹(shù)算法,到根橋的最佳路徑開(kāi)銷 檢驗(yàn)端口和路徑開(kāi)銷,5.2.2 STP BPDU,BPDU 字段,5.2.2 STP BPDU,5.2.2 STP BPDU,廣播域中的每臺(tái)交換機(jī)最初都會(huì)將自己視為生成樹(shù)實(shí)例中的根橋，因此其送出的 BPDU 幀中將自己的 BID 作為根 ID。默認(rèn)情況下，BPDU 幀是在交換機(jī)啟動(dòng)后每 2 秒發(fā)送一次，也就是說(shuō) BPDU 幀中 hello 計(jì)時(shí)器的默認(rèn)值是 2 秒。每臺(tái)交換機(jī)都維護(hù)著有關(guān)其 BID、根 ID 以及到根橋的路徑開(kāi)銷的本地信息。,5.2.2 STP BPDU,5.2.2 STP BPDU,當(dāng)鄰接交換機(jī)收到 BPDU 幀時(shí)，它們會(huì)將 BPDU 幀內(nèi)的根 ID 與本地根 ID 比較。如果 BPDU 中的根 ID 比本地根 ID 更小，交換機(jī)便更新本地根 ID 以及它送出的 BPDU 消息內(nèi)的根 ID。這些消息的作用是告訴網(wǎng)絡(luò)新的根橋。此外，路徑開(kāi)銷也會(huì)更新，以指出到根橋的距離。,5.2.2 STP BPDU,5.2.2 STP BPDU,交換機(jī)的根 ID 更新后，其送出的所有后續(xù) BPDU 幀都會(huì)包含新的根 ID 以及更新后的路徑開(kāi)銷。通過(guò)這種方式，所有其它鄰接交換機(jī)就能始終看到最小的根 ID。隨著 BPDU 幀在其它鄰接交換機(jī)之間傳遞，路徑開(kāi)銷也不斷更新，以指示到根橋的總路徑開(kāi)銷。生成樹(shù)中的每臺(tái)交換機(jī)使用其路徑開(kāi)銷來(lái)指示到根橋的最佳可能路徑。,5.2.2 STP BPDU,5.2.3 網(wǎng)橋 ID,網(wǎng)橋 ID (BID) 用于確定網(wǎng)絡(luò)中的根橋(若都是默認(rèn)優(yōu)先級(jí)？)。,5.2.3 網(wǎng)橋 ID,配置并檢驗(yàn) BID,24576 28672,5.2.3 網(wǎng)橋 ID,5.2.4 端口角色,5.2.4 端口角色,128.1? 128.2?,5.2.4 端口角色,5.2.5 STP 端口狀態(tài)和 BPDU 計(jì)時(shí)器,5.2.5 STP 端口狀態(tài)和 BPDU 計(jì)時(shí)器,5.2.5 STP 端口狀態(tài)和 BPDU 計(jì)時(shí)器,5.2.5 STP 端口狀態(tài)和 BPDU 計(jì)時(shí)器,5.2.5 STP 端口狀態(tài)和 BPDU 計(jì)時(shí)器,5.3 STP 收斂,LAN 交換及無(wú)線第 5 章,5.3.1 STP 收斂,5.3.2 步驟 1.選舉根橋,5.3.3 步驟 2.選舉根端口,5.3.4 步驟 3.選舉指定端口和非指定端口,5.3.5 STP 拓?fù)涓?當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)端口關(guān)閉（例如被阻塞）或某端口在交換機(jī)已具有指定端口的情況下轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)時(shí)，交換機(jī)會(huì)認(rèn)為自己檢測(cè)到了拓?fù)涓?。如果檢測(cè)到更改，交換機(jī)會(huì)通知生成樹(shù)的根橋。然后根橋?qū)⒃撔畔V播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。,5.3.5 STP 拓?fù)涓?5.4 PVST+,RSTP 和快速 PVST+,LAN 交換及無(wú)線第 5 章,5.4.1 Cisco 及 STP 變體,5.4.2 PVST+,5.4.2 PVST+,Cisco Catalyst 2960 系列交換機(jī)默認(rèn)生成樹(shù)配置,發(fā)送抑制計(jì)數(shù)：交換機(jī)在每個(gè)Hello Time時(shí)間內(nèi)發(fā)送配置消息報(bào)文的最大數(shù)目,5.4.2 PVST+主根橋和次根橋,5.4.2 PVST+主根橋和次根橋,5.4.2 PVST+ 檢驗(yàn),5.4.3 RSTP,快速，收斂時(shí)間可達(dá)幾百毫秒 IEEE 802.1w 協(xié)議 端口角色（替換或備份端口、邊緣端口）與端口狀態(tài)（丟棄、學(xué)習(xí)、轉(zhuǎn)發(fā)） 如果端口被配置為替換端口或備份端口，則該端口可以立即轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，而無(wú)需等待網(wǎng)絡(luò)收斂。 RSTP 能夠主動(dòng)確認(rèn)端口是否能安全轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，而不需要依靠任何計(jì)時(shí)器來(lái)作出判斷。 如果連續(xù)三段 hello 時(shí)間（默認(rèn)為 6 秒）內(nèi)沒(méi)有收到 hello 消息，或者當(dāng)最大老化時(shí)間計(jì)時(shí)器過(guò)期時(shí)，協(xié)議信息可立即過(guò)期。由于 BPDU 被用作保持活動(dòng)的機(jī)制，連續(xù)三次未收到 BPDU 就表示網(wǎng)橋與其相鄰的根橋或指定網(wǎng)橋失去連接。信息快速老化意味著故障能夠被快速檢測(cè)到。,5.4.3 RSTP,5.4.3 RSTP,5.4.4 邊緣端口,RSTP 邊緣端口是指永遠(yuǎn)不會(huì)用于連接到其它交換機(jī)設(shè)備的交換機(jī)端口。當(dāng)啟用時(shí)，此類端口會(huì)立即轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。,5.4.5 鏈路類型,鏈路類型用于將參與 RSTP 的每個(gè)端口分類。鏈路類型可預(yù)先確定待命端口要扮演的活動(dòng)角色，以便在滿足特定條件時(shí)端口立即轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。 邊緣端口和非邊緣端口需滿足不同的條件。非邊緣端口分類為兩種鏈路類型：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和共享。鏈路類型是自動(dòng)確定的，但可以使用顯式端口配置覆蓋。,5.4.5 鏈路類型,5.4.6 RSTP 端口狀態(tài) 和端口角色,5.4.6 RSTP 端口狀態(tài)和端口角色,5.4.7 配置快速 PVST+,5.4.7 配置快速 PVST+,5.4.7 Configuring rapid PVST+,5.4.8 精心規(guī)劃STP-合理選擇根橋,5.4.8 精心規(guī)劃STP-盡量減少阻塞端口,5.4.8 精心規(guī)劃STP-盡量減少阻塞端口,5.4.8 精心規(guī)劃STP,5.4.9 排除STP運(yùn)行故障,5.4.9 排除STP運(yùn)行故障,5.4.9 排除STP運(yùn)行故障-portfast錯(cuò)誤配置,5.4.9 排除STP運(yùn)行故障-開(kāi)啟BPDUguard,5.4.9 排除STP運(yùn)行故障-網(wǎng)絡(luò)直徑問(wèn)題,章節(jié)總結(jié),STP可以防止采用冗余鏈路的分層網(wǎng)絡(luò)中形成環(huán)路。 STP 使用不同的端口狀態(tài)和計(jì)時(shí)器來(lái)防止出現(xiàn)環(huán)路。 網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)交換機(jī)會(huì)被指定為根橋。根橋通過(guò)選舉來(lái)確定，在選舉過(guò)程中，廣播域內(nèi)的鄰居交換機(jī)之間會(huì)交換