生成樹協(xié)議原理及配置

1、1生成樹協(xié)議原理及配置2教學(xué)目標(biāo)1.3課程議題生成樹起源生成樹起源4生成樹綜述LAN 1LAN 2存在單點故障冗余的設(shè)計又會帶來環(huán)路,導(dǎo)致廣播風(fēng)暴5生成樹綜述 6學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握STP、RSTP原理及配置實施技術(shù) 理解二層交換網(wǎng)絡(luò)的收斂與生成樹協(xié)議有關(guān) 理解數(shù)據(jù)在二層交換網(wǎng)絡(luò)中走的路徑與生成樹協(xié)議有關(guān)7課程議題STP技術(shù)原理技術(shù)原理8STP議題91、什么是STP協(xié)議，它的作用是什么 STP （spanning-tree-protocol）是交換）是交換機(jī)通過某種特定算法來邏輯阻塞物理冗余機(jī)通過某種特定算法來邏輯阻塞物理冗余網(wǎng)絡(luò)中某些接口，以達(dá)到避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)循網(wǎng)絡(luò)中某些接口，以達(dá)到避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)循環(huán)

2、，生成環(huán)，生成無環(huán)路拓?fù)錈o環(huán)路拓?fù)涞囊环N二層協(xié)議。的一種二層協(xié)議。10LAN 1LAN 2該鏈路處于阻塞狀態(tài)該鏈路重新被激活STP是怎樣處理環(huán)路呢? 2、STP工作原理n基本思想:在網(wǎng)橋之間傳遞配置消息(BPDU),比較其中的參數(shù)，根據(jù)STP算法打開好的端口，阻塞差的端口，從而打破物理環(huán)路，建立一個無循環(huán)的邏輯拓?fù)?。網(wǎng)橋利用收到的配置消息做以下動作: l 配置配置BPDU包含以下重要信息，完成生成樹計包含以下重要信息，完成生成樹計算算根橋ID（RootID）根路徑開銷（RootPathCost）指定橋ID（DesignatedBridgeID）指定端口ID（ DesignatedPortID

3、）12l 各臺設(shè)備的各個端口在初始時生成以自己為根各臺設(shè)備的各個端口在初始時生成以自己為根橋（橋（Root Bridge）的配置消息，向外發(fā)送自）的配置消息，向外發(fā)送自己的配置消息己的配置消息 l 網(wǎng)絡(luò)收斂后，根橋向外發(fā)送配置網(wǎng)絡(luò)收斂后，根橋向外發(fā)送配置BPDU，其他，其他的設(shè)備對該配置的設(shè)備對該配置BPDU進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)根橋的選舉SWASWBSWC 橋ID由橋優(yōu)先級（BridgePriority）和橋MAC地址（BridgeMacAddress）組成 橋ID小的橋被選舉為根橋BridgeID: 0.0000-0000-0000BridgeID: 16.0000-0000-0001Bridg

4、eID: 0.0000-0000-0002端口角色的確定SWASWBSWC根橋上的所有端口為指定端口（ Designated Port ）在非根橋上選舉根路徑開銷（ RootPathCost）最小的端口為根端口（Root Port）每個物理段選出根路徑開銷最小的橋作為指定橋（ Designated Bridge），連接指定橋的端口為指定端口不是根端口和指定端口的其余端口被STP置為阻塞狀態(tài)RootDPDPRPDPRPAPCost=10Cost=20Cost=30根路徑開銷SWASWBSWC根路徑開銷（ RootPathCost）是到達(dá)根的路徑上所有鏈路開銷（Cost）的代數(shù)和非根橋進(jìn)行根端口選

5、舉時，根路徑開銷最小的端口為根端口物理段進(jìn)行指定橋選舉時，路徑開銷最小的橋為指定橋Root1000M100M1000M10M100M10MCost=10Cost=20Cost=30通過橋ID決定端口角色SWASWBSWC在根路徑開銷相同時，所連網(wǎng)段指定橋ID最小的端口為根端口在根路徑開銷相同時，橋ID最小的橋被選舉為物理段上的指定橋，連接指定橋的端口為指定端口RootDPDPRPDPRPAPCost=10Cost=10RPCost=10SWDDPCost=10BridgeID: 0.0000-0000-0002BridgeID: 0.0000-0000-0001DPAP通過端口ID決定端口角色

6、SWASWB在根路徑開銷、指定橋ID都相同的情況下，所連指定端口ID小的端口為根端口RootG0/1G0/2APCost=10Cost=10RPBridgeID: 0.0000-0000-000118STP初始化收斂 選擇根網(wǎng)橋 在非根網(wǎng)橋上選擇根端口 在每一個網(wǎng)段上選擇一個指定端口 阻塞剩余端口193、BPDU報文結(jié)構(gòu)項目字節(jié)協(xié)議ID2版本號1報文類型1標(biāo)記域1根網(wǎng)橋ID8根路徑成本4發(fā)送網(wǎng)橋ID8端口ID2報文老化時間2最大老化時間2訪問時間2轉(zhuǎn)發(fā)延遲2L/T：幀長LLC Header ：BPDU幀固定的鏈路頭。值為：0 x424203Payload ： BPDU數(shù)據(jù)0 x01-80-c2

7、-00-00-00端口狀態(tài)端口角色端口角色端口狀態(tài)端口狀態(tài)端口行為端口行為未啟用未啟用STP功能的端口功能的端口Disabled不收發(fā)不收發(fā)BPDU報文，接收或報文，接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)非指定端口非指定端口或根端口或根端口Blocking接收但不發(fā)送接收但不發(fā)送BPDU，不接，不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)-Listening接收并發(fā)送接收并發(fā)送BPDU，不接收，不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)-Learning接收并發(fā)送接收并發(fā)送BPDU，不接收，不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)指定端口或指定端口或根端口根端口Forwarding接收并發(fā)送接收并發(fā)送BPDU，接收并，接收并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)21拓?fù)渥兓?/p>

8、換機(jī)二層端口收斂導(dǎo)致用戶業(yè)務(wù)可能中斷ABC123Link 1 down 收斂時間收斂時間Link 2 down 收斂時間收斂時間Link 3 down 收斂時間收斂時間30秒，秒， C產(chǎn)生產(chǎn)生TCN次佳次佳BPDU 10秒秒30秒，秒，C產(chǎn)生產(chǎn)生TCNB產(chǎn)生產(chǎn)生TCN225、生成樹協(xié)議的配置Spanning-treeSwitch(config)#no Spanning-treeSwitch(config)#S p a n n i n g - t r e e m o d e s t p / r s t p / m s t pSwitch(config)#默認(rèn)生成樹協(xié)議是關(guān)閉的默認(rèn)生成樹協(xié)議是關(guān)閉

9、的默認(rèn)生成樹協(xié)議是關(guān)閉的默認(rèn)生成樹協(xié)議是關(guān)閉的銳捷全系列交換機(jī)默認(rèn)使用銳捷全系列交換機(jī)默認(rèn)使用MSTP協(xié)議協(xié)議23生成樹協(xié)議的配置（續(xù)）s p a n n i n g - t r e e p r i o r i t y Switch(config)#n o s p a n n i n g - t r e e p r i o r i t ySwitch(config)#24生成樹協(xié)議的配置（續(xù)）spanning-tree port-priority numberSwitch(config-if)#25生成樹協(xié)議的配置（續(xù)）26生成樹協(xié)議的配置（續(xù)）27生成樹協(xié)議的配置（續(xù)）spanning-tr

10、ee hello-time secondsSwitch(config)#spanning-tree forward-time seconds Switch(config)#28生成樹協(xié)議的配置（續(xù)）spanning-tree max-age seconds Switch(config)#29生成樹協(xié)議的配置（續(xù)）spanning-tree bpduguard enable Switch(config-if)#30生成樹協(xié)議的配置（續(xù)）spanning-tree portfastSwitch(config-if)#31課程議題RSTP技術(shù)原理技術(shù)原理32STP的不足33RSTP協(xié)議概述34RST

11、P的端口狀態(tài)與端口角色 端口角色端口角色u Root Port：與：與STP中的根端口概念一致。中的根端口概念一致。u Designated Port：與：與STP中的指定端口概念一致。中的指定端口概念一致。u Alternate Port：到根網(wǎng)橋的替代路徑。根端口的備份到根網(wǎng)橋的替代路徑。根端口的備份u backup Port：指定端口的備份，到網(wǎng)段的備份指定端口的備份，到網(wǎng)段的備份35RSTP端口的狀態(tài)STP端口狀態(tài)RSTP端口狀態(tài)Disabled DiscardingBlockingListeningLearningLearningForwardingForwarding36RSTP改

12、進(jìn)一根端口指定端口阻塞端口RootBridge當(dāng)拓?fù)浒l(fā)生改變時，在新拓?fù)渲械母丝诳梢粤⒖踢M(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)當(dāng)拓?fù)浒l(fā)生改變時，在新拓?fù)渲械母丝诳梢粤⒖踢M(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)37RSTP改進(jìn)一RootBridge根端口指定端口替換端口替換端口替換端口(AlternatePort ):根端口的備份口，一旦根端口失根端口的備份口，一旦根端口失 效，該口就立刻變?yōu)楦丝凇Ｐ?，該口就立刻變?yōu)楦丝凇?8RSTP改進(jìn)一RootBridge根端口指定端口替換端口備份端口備份端口備份端口(BackupPort)：DesignatePort的備份口，當(dāng)一個網(wǎng)橋有兩個的備份口，當(dāng)一個網(wǎng)橋有兩個端口都連在一個端口都連在一個LAN

13、上，那么高優(yōu)先級的端口為上，那么高優(yōu)先級的端口為DesignatedPort，低，低優(yōu)先級的端口為優(yōu)先級的端口為Backup Port。39RSTP改進(jìn)二SW1SW2proposalagree根端口指定端口指定端口可以通過與相連的網(wǎng)橋進(jìn)行一次握手，快速進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。指定端口可以通過與相連的網(wǎng)橋進(jìn)行一次握手，快速進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。40RSTP改進(jìn)三邊緣端口，不可能產(chǎn)生環(huán)路網(wǎng)絡(luò)邊緣的端口，即直接與終端相連，而不是和其他網(wǎng)橋相連的端口可以網(wǎng)絡(luò)邊緣的端口，即直接與終端相連，而不是和其他網(wǎng)橋相連的端口可以直接進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，不需要任何等待時延。直接進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，不需要任何等待時延。41RSTP的性能若非根網(wǎng)橋

14、在連續(xù)的三個若非根網(wǎng)橋在連續(xù)的三個Hello time內(nèi)接受不到根的內(nèi)接受不到根的BPDU則則立即產(chǎn)生和發(fā)送自己的立即產(chǎn)生和發(fā)送自己的BPDU，以加快間接感知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓约涌扉g接感知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓臅r間。的時間。42RSTP與STP的區(qū)別43RSTP交換機(jī)與STP交換機(jī)的互操作正常情況下，正常情況下，RSTP交換機(jī)不理解交換機(jī)不理解STP交換機(jī)的交換機(jī)的BPDU，STP交換機(jī)也不理解交換機(jī)也不理解RSTP交換機(jī)的交換機(jī)的BPDU在連續(xù)的兩個在連續(xù)的兩個Hello time內(nèi)內(nèi)RSTP交換機(jī)均收到交換機(jī)均收到STPBPDU，則，則RSTP的接收端口會進(jìn)入的接收端口會進(jìn)入STP的兼容模式，的兼容

15、模式，即回到即回到STP協(xié)議下。接收和處理協(xié)議下。接收和處理STP BPDU僅僅只是僅僅只是RSTP交換機(jī)上接收交換機(jī)上接收STP BPDU報文的端口會報文的端口會回退。而不是整個交換機(jī)回退。而不是整個交換機(jī)注意：在進(jìn)行生成樹協(xié)議遷移時，所有端口會重新收斂。注意：在進(jìn)行生成樹協(xié)議遷移時，所有端口會重新收斂。44RSTP與STP的兼容SW1(RSTP)SW2(STP)STP BPDURSTP BPDURSTP 協(xié)議可以與協(xié)議可以與STP 協(xié)議完全兼容協(xié)議完全兼容RSTP 協(xié)議會根據(jù)收到的BPDU 版本號來自動判斷與之相連的網(wǎng)橋是支持STP 協(xié)議還是支持RSTP 協(xié)議，如果是與STP 網(wǎng)橋互連就只

16、能按STP 的forwarding 方法，過30 秒再forwarding，無法發(fā)揮RSTP 的最大功效45RSTP與STP的兼容SW1(RSTP)SW2(STP)STP BPDUSTP BPDUSW1(RSTP)SW3(RSTP)STP BPDUSTP BPDUSW2換成了支持換成了支持RSTP的的SW3，但由于，但由于SW1仍然發(fā)送仍然發(fā)送STP BPDU，導(dǎo)致兩臺支持，導(dǎo)致兩臺支持RSTP的交換機(jī)運行著的交換機(jī)運行著STP。46RSTP與STP的兼容SW1(RSTP)SW3(RSTP)RSTP BPDURSTP BPDURSTP提供了protocol-migration 功能來強(qiáng)制發(fā)RS

17、TP BPDU，這樣 SW1 強(qiáng)制發(fā)了RSTPBPDU，SW3 就發(fā)現(xiàn)與之互連的網(wǎng)橋是支持 RSTP 的，于是兩臺交換機(jī)開始運行RSTPclear spanning-tree detected-protocols interface interface-id47課程議題MSTP技術(shù)原理技術(shù)原理48RSTP的不足Vlan10Vlan20Vlan10Vlan20Vlan10Vlan20491、MSTP的定義（的定義（multiple）定義和特點定義和特點MSTP可以將具有相同轉(zhuǎn)發(fā)路徑的可以將具有相同轉(zhuǎn)發(fā)路徑的VLAN映射到一個生成樹映射到一個生成樹中，無需每個中，無需每個VLAN一個生成樹?？梢愿?/p>

18、據(jù)用戶不同的數(shù)一個生成樹?？梢愿鶕?jù)用戶不同的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑創(chuàng)建相應(yīng)的生成樹實例。據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑創(chuàng)建相應(yīng)的生成樹實例。MSTP得到各個廠商設(shè)備的支持，其國際標(biāo)準(zhǔn)為得到各個廠商設(shè)備的支持，其國際標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.1S502、MST的工作原理 1、收斂 2、MST域 3、MST的實例51MSTP的工作原理MSTP區(qū)域概念區(qū)域概念為抑制生成樹覆蓋范圍從而加快生成樹的收斂為抑制生成樹覆蓋范圍從而加快生成樹的收斂，在，在MSTP的操作機(jī)制中，引入了區(qū)域的概念的操作機(jī)制中，引入了區(qū)域的概念。我們將具有相同我們將具有相同MSTP配置名稱，配置名稱，MSTP配置配置修訂號，修訂號，VLAN與生成樹實例的映射關(guān)系與

19、生成樹實例的映射關(guān)系的交的交換機(jī)的集合稱為一個換機(jī)的集合稱為一個MSTP的區(qū)域。的區(qū)域。52MSTP的工作原理MSTP實例實例 IST實例實例內(nèi)部生成樹實例，是內(nèi)部生成樹實例，是MSTP區(qū)域內(nèi)缺省的生成樹實例。編號區(qū)域內(nèi)缺省的生成樹實例。編號為為0（instance 0）。缺省時，）。缺省時，MSTP交換機(jī)上所有的交換機(jī)上所有的VLAN都映射到都映射到IST中。中。其他生成樹實例的其他生成樹實例的BPDU被包含于被包含于IST的的BPDU中進(jìn)行傳遞。中進(jìn)行傳遞。IST實例是代表整個交換網(wǎng)絡(luò)的實例是代表整個交換網(wǎng)絡(luò)的CST的子集。它接收并向的子集。它接收并向CST實例發(fā)送實例發(fā)送BPDU。通過。

20、通過IST能夠?qū)⒄麄€能夠?qū)⒄麄€MST區(qū)域表示為到達(dá)外區(qū)域表示為到達(dá)外部網(wǎng)絡(luò)部網(wǎng)絡(luò)CST虛擬網(wǎng)橋。虛擬網(wǎng)橋。53MSTP的工作原理MSTP實例實例 MST實例實例MSTI是是MSTP區(qū)域中由管理員手工定義的生成樹實例，對于區(qū)域中由管理員手工定義的生成樹實例，對于銳捷設(shè)備而言最多可達(dá)銳捷設(shè)備而言最多可達(dá)64個，編號為個，編號為164。MST實例只具有本地意義。實例只具有本地意義。54MSTP的的BPDU5556573、MST的配置實施下面舉例來說明如何進(jìn)入MST 模式，將VLAN 3, 5-10 映射到MST Instance 1。Ruijie(config)# spanning-tree mst

21、 configurationRuijie(config-mst)# instance 1 vlan 3，5-10Ruijie(config-mst)# name region 1Ruijie(config-mst)# revision 1Ruijie(config-mst)# showMST configurationName region1Revision 1Instance Vlans Mapped- -0 1-2,4,11-40941 3,5-10-Ruijie(config-mst)# exitRuijie(config)#58配置調(diào)試案例 掌握的調(diào)試命令 SW1# sh spanni

22、ng-tree mst 0 SW1# debug mstp ？59課程議題四、工程實施四、工程實施第第60頁頁環(huán)路預(yù)防環(huán)路預(yù)防q接入層交換機(jī)上連線出現(xiàn)環(huán)路接入層交換機(jī)上連線出現(xiàn)環(huán)路,會影響到其他交會影響到其他交換機(jī)的正常運行以及下聯(lián)用戶的正常上網(wǎng)換機(jī)的正常運行以及下聯(lián)用戶的正常上網(wǎng).廣播風(fēng)暴廣播風(fēng)暴第第61頁頁環(huán)路預(yù)防環(huán)路預(yù)防q 開啟生成樹之后開啟生成樹之后,當(dāng)交換機(jī)上檢測到環(huán)路發(fā)生當(dāng)交換機(jī)上檢測到環(huán)路發(fā)生,就會自動就會自動將一個端口置為阻塞狀態(tài)將一個端口置為阻塞狀態(tài),防止環(huán)路的發(fā)生防止環(huán)路的發(fā)生.第第62頁頁環(huán)路預(yù)防環(huán)路預(yù)防q 當(dāng)接入層交換機(jī)下聯(lián)的普通交換機(jī)時當(dāng)接入層交換機(jī)下聯(lián)的普通交換機(jī)時

23、,如果該交換機(jī)出如果該交換機(jī)出現(xiàn)了環(huán)路現(xiàn)了環(huán)路,也會產(chǎn)生廣播風(fēng)暴也會產(chǎn)生廣播風(fēng)暴,那么僅僅靠生成樹協(xié)議還那么僅僅靠生成樹協(xié)議還是不夠的是不夠的,所以在實際工程中所以在實際工程中,我們經(jīng)常在接入層交換機(jī)我們經(jīng)常在接入層交換機(jī)的下聯(lián)口上啟用的下聯(lián)口上啟用BPDUGuard,以防止下面的普通交換以防止下面的普通交換機(jī)發(fā)生環(huán)路機(jī)發(fā)生環(huán)路,造成對網(wǎng)絡(luò)的危害造成對網(wǎng)絡(luò)的危害.第第63頁頁環(huán)路預(yù)防環(huán)路預(yù)防q 開啟了生成樹的接入層交換機(jī)每隔開啟了生成樹的接入層交換機(jī)每隔2s發(fā)送一次發(fā)送一次BPDU,當(dāng)接入層交換機(jī)下聯(lián)的普通交換機(jī)發(fā)生環(huán)路時當(dāng)接入層交換機(jī)下聯(lián)的普通交換機(jī)發(fā)生環(huán)路時,接入層接入層交換機(jī)會收到自己發(fā)

24、出的交換機(jī)會收到自己發(fā)出的BPDU,當(dāng)開啟了當(dāng)開啟了BPDUGuard功能時功能時,會自動將收到會自動將收到BPDU的端口的端口disable掉掉,從而防止從而防止了環(huán)路的發(fā)生了環(huán)路的發(fā)生.BPDU端口上開啟了BPDUGuard當(dāng)該端口收到BPDU時,就將該端口自動disable掉第第64頁頁環(huán)路預(yù)防環(huán)路預(yù)防q實際應(yīng)用實際應(yīng)用:v開啟生成樹協(xié)議,防止接入層交換機(jī)上發(fā)生環(huán)路v上聯(lián)口起用BPDUFilter,以防止BPDU被發(fā)送到其他交換機(jī)v下聯(lián)口開啟BPDUGuard,防止下聯(lián)普通交換機(jī)發(fā)生環(huán)路v下聯(lián)口開啟Portfast,設(shè)置連接PC的邊緣端口開啟生成樹協(xié)議開啟生成樹協(xié)議,建建議議RSTP上聯(lián)

25、口開啟上聯(lián)口開啟BPDUFilter,以阻止以阻止BPDU報文發(fā)送到報文發(fā)送到其他接入層交換機(jī)其他接入層交換機(jī)下聯(lián)口開啟下聯(lián)口開啟BPDUGuard功能功能下聯(lián)口開啟下聯(lián)口開啟Portfast功能功能第第65頁頁與與 VRRP結(jié)合使用結(jié)合使用q MSTP與與VRRP配合使用配合使用,達(dá)到冗余備份與負(fù)載均衡的達(dá)到冗余備份與負(fù)載均衡的雙重效果雙重效果,無論是鏈路出現(xiàn)故障無論是鏈路出現(xiàn)故障,還是設(shè)備出現(xiàn)故障都能還是設(shè)備出現(xiàn)故障都能夠在極短的時間內(nèi)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的連通性，此模型多見于夠在極短的時間內(nèi)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的連通性，此模型多見于金融網(wǎng)絡(luò)金融網(wǎng)絡(luò).第第66頁頁利用利用STP實現(xiàn)流量負(fù)載均衡的條件實現(xiàn)流量負(fù)載均衡的條件q1、物理冗余鏈路q2、多個VLANq3、多個生成樹實例q同時滿足以上三個條件才可以q具體部署時可以改網(wǎng)橋ID、