生成樹協(xié)議原理與應(yīng)用

1、生成樹協(xié)議原理及應(yīng)用目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc172274786 1生成樹協(xié)議綜述 PAGEREF _Toc172274786 h 3 HYPERLINK l _Toc172274787 1.1 生成樹協(xié)議的產(chǎn)生背景 PAGEREF _Toc172274787 h 3 HYPERLINK l _Toc172274788 1.2 生成樹協(xié)議的分類 PAGEREF _Toc172274788 h 3 HYPERLINK l _Toc172274789 1.3 生成樹協(xié)議所遵循的IEEE標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc172274789 h 3 HYPERL

2、INK l _Toc172274790 2 STP協(xié)議概述 PAGEREF _Toc172274790 h 4 HYPERLINK l _Toc172274791 2.1 STP工作原理 PAGEREF _Toc172274791 h 4 HYPERLINK l _Toc172274792 2.2配置消息介紹 PAGEREF _Toc172274792 h 4 HYPERLINK l _Toc172274793 2.2.1 配置消息格式 PAGEREF _Toc172274793 h 5 HYPERLINK l _Toc172274794 2.2.2 配置消息的處理 PAGEREF _Toc1

3、72274794 h 6 HYPERLINK l _Toc172274795 2.2.3 配置消息的優(yōu)先級(jí)比較原則 PAGEREF _Toc172274795 h 6 HYPERLINK l _Toc172274796 2.2.4 配置消息處理示例 PAGEREF _Toc172274796 h 7 HYPERLINK l _Toc172274797 2.3 鏈路故障處理 PAGEREF _Toc172274797 h 11 HYPERLINK l _Toc172274798 2.3.1 鏈路故障處理示例 PAGEREF _Toc172274798 h 11 HYPERLINK l _Toc1

4、72274799 2.4 臨時(shí)環(huán)路的問題 PAGEREF _Toc172274799 h 12 HYPERLINK l _Toc172274800 2.4.1 臨時(shí)環(huán)路的避免 PAGEREF _Toc172274800 h 12 HYPERLINK l _Toc172274801 2.5 端口狀態(tài) PAGEREF _Toc172274801 h 13 HYPERLINK l _Toc172274802 2.5.1 端口狀態(tài)遷移 PAGEREF _Toc172274802 h 14 HYPERLINK l _Toc172274803 2.6 MAC地址消息的生存期 PAGEREF _Toc172

5、274803 h 15 HYPERLINK l _Toc172274804 2.7 拓?fù)涓淖兿⒌膫鞑?PAGEREF _Toc172274804 h 15 HYPERLINK l _Toc172274805 3 RSTP協(xié)議概述 PAGEREF _Toc172274805 h 17 HYPERLINK l _Toc172274806 3.1 STP的不足 PAGEREF _Toc172274806 h 17 HYPERLINK l _Toc172274807 3.2 RSTP改進(jìn) PAGEREF _Toc172274807 h 18 HYPERLINK l _Toc172274808 3.3

6、 RSTP的性能 PAGEREF _Toc172274808 h 21 HYPERLINK l _Toc172274809 3.4 RSTP與STP的區(qū)別 PAGEREF _Toc172274809 h 21 HYPERLINK l _Toc172274810 3.5 RSTP與STP的兼容 PAGEREF _Toc172274810 h 21 HYPERLINK l _Toc172274811 3.6 RSTP可配置的相關(guān)參數(shù) PAGEREF _Toc172274811 h 22 HYPERLINK l _Toc172274812 3.6.1 RSTP相關(guān)配置-選擇合適根橋 PAGEREF

7、_Toc172274812 h 23 HYPERLINK l _Toc172274813 3.6.2 RSTP相關(guān)配置-配置Hello Time PAGEREF _Toc172274813 h 23 HYPERLINK l _Toc172274814 3.6.3 RSTP相關(guān)配置-配置端口的Max Age PAGEREF _Toc172274814 h 23 HYPERLINK l _Toc172274815 3.6.4 RSTP相關(guān)配置-配置端口的Forward Delay PAGEREF _Toc172274815 h 23 HYPERLINK l _Toc172274816 4 MSTP

8、協(xié)議概述 PAGEREF _Toc172274816 h 24 HYPERLINK l _Toc172274817 4.1 RSTP的不足 PAGEREF _Toc172274817 h 24 HYPERLINK l _Toc172274818 4.2 MSTP簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc172274818 h 25 HYPERLINK l _Toc172274819 4.3 MSTP相關(guān)概念 PAGEREF _Toc172274819 h 25 HYPERLINK l _Toc172274820 4.3.1 MSTP region的劃分 PAGEREF _Toc172274820 h 25

9、 HYPERLINK l _Toc172274821 4.3.2 MSTP運(yùn)行示例-IST PAGEREF _Toc172274821 h 26 HYPERLINK l _Toc172274822 4.3.3 MSTP運(yùn)行示例-CST PAGEREF _Toc172274822 h 38 HYPERLINK l _Toc172274823 5生成樹在實(shí)際工程中的應(yīng)用 PAGEREF _Toc172274823 h 39 HYPERLINK l _Toc172274824 5.1 環(huán)路預(yù)防 PAGEREF _Toc172274824 h 39 HYPERLINK l _Toc172274825

10、5.1.1 實(shí)際應(yīng)用舉例 PAGEREF _Toc172274825 h 41 HYPERLINK l _Toc172274826 5.2冗余備份 PAGEREF _Toc172274826 h 42 HYPERLINK l _Toc172274827 純二層冗余備份 PAGEREF _Toc172274827 h 42 HYPERLINK l _Toc172274828 與 VRRP結(jié)合使用 PAGEREF _Toc172274828 h 431生成樹協(xié)議綜述1.1 生成樹協(xié)議的產(chǎn)生背景LAN 1LAN 2存在單點(diǎn)故障冗余的設(shè)計(jì)又會(huì)帶來環(huán)路,導(dǎo)致廣播風(fēng)暴如上圖所示，單點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)會(huì)存在單點(diǎn)故障，但

11、是冗余的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)又會(huì)導(dǎo)致環(huán)路發(fā)生，引起廣播風(fēng)暴，造成網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定。因此誕生了一種叫做生成樹的協(xié)議來解決該問題。1.2 生成樹協(xié)議的分類生成樹協(xié)議的分類，按照產(chǎn)生的時(shí)間先后順序?yàn)镾TP、RSTP、MSTP1.3 生成樹協(xié)議所遵循的IEEE標(biāo)準(zhǔn)三種生成樹所遵循的IEEE標(biāo)準(zhǔn)分別為STP-IEEE 802.3d，RSTP-IEEE 802.3W，MSTP-IEEE 802.3S2 STP協(xié)議概述STP通過阻斷冗余鏈路將一個(gè)有環(huán)路的橋接網(wǎng)絡(luò)修剪成一個(gè)無環(huán)路的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這樣既解決了環(huán)路問題，又能在某條活動(dòng)(active)的鏈路斷開時(shí), ,通過激活被阻斷的冗余鏈路重新修剪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的連通。LA

12、N 1LAN 2該鏈路處于阻塞狀態(tài)如上圖所示，將冗余的鏈路阻斷，形成一個(gè)無環(huán)的拓?fù)?，并?dāng)某條活動(dòng)鏈路斷開時(shí)，激活被阻斷的冗余鏈路以恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的連通。2.1 STP工作原理基本思想:在網(wǎng)橋之間傳遞配置消息(BPDU),網(wǎng)橋利用收到的配置消息做以下工作:1從網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)橋中,選出一個(gè)作為根網(wǎng)橋(root)2計(jì)算本網(wǎng)橋到根網(wǎng)橋的最短路徑3對(duì)每個(gè)LAN,選出離根橋最近的那個(gè)網(wǎng)橋作為指定網(wǎng)橋,負(fù)責(zé)所在LAN上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)4網(wǎng)橋選擇一個(gè)根端口,該端口給出的路徑是次網(wǎng)橋到根橋的最短路徑5選擇除根端口之外的轉(zhuǎn)發(fā)端口-指定端口2.2配置消息介紹配置消息也被稱作橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元(BPDU)，它主要包括以下內(nèi)容：即橋接

13、網(wǎng)絡(luò)中的根橋ID，從指定網(wǎng)橋到根網(wǎng)橋的最小路徑開銷，指定網(wǎng)橋ID和指定端口ID四項(xiàng)內(nèi)容。網(wǎng)橋之間通過傳遞這些內(nèi)容就足以能夠完成生成樹的計(jì)算。為了敘述方便，我們可以用矢量形式(RootID，RootPathCost，BridgelD，PortlD)來描述某個(gè)網(wǎng)橋所發(fā)出的BPDU內(nèi)容。BridgeID組成，Bridge Priority(2bytes) + bridge MAC(6 Bytes) 配置消息格式字節(jié)數(shù)域2Protocol id1Version1Message type1Flags8Root id4RootPathCost8Bridge id2Port id2Message age2M

14、aximum time2Hello time2Forward delayProtocol ID:取值0，標(biāo)識(shí)STP協(xié)議，占用個(gè)bytes;Version:標(biāo)準(zhǔn)指定為，占用1個(gè)byte；Message Type:填充值，占用個(gè)byte；Flags:占用個(gè)byte，只用前個(gè)bits，TC(topology change)位指示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變，TCA（topology change acknowledgment)位表示收到對(duì)端交換機(jī)拓?fù)涓淖冎甘疚欢龀龃_認(rèn)；Root ID:根網(wǎng)橋標(biāo)識(shí)，由兩部分構(gòu)成。一部分為Root Priority:占用個(gè)bytes,標(biāo)識(shí)根網(wǎng)橋的優(yōu)先級(jí)，取值為65535，默認(rèn)值一般為

15、32768；另一部分為根網(wǎng)橋的MAC地址，占用個(gè)bytes；Cost of Path :路徑費(fèi)用，占用個(gè)bytes，表示從該網(wǎng)橋到根網(wǎng)橋的路徑費(fèi)用總和；Bridge ID:本網(wǎng)橋標(biāo)識(shí)，由兩部分構(gòu)成。一部分為Bridge Priority，另一部分為本網(wǎng)橋的MAC地址，格式同Root ID；Port ID:包括兩個(gè)部分，端口優(yōu)先級(jí)及端口號(hào)，各占用個(gè)byte；端口優(yōu)先級(jí)取值為0255，默認(rèn)值為128；Message Age:占用個(gè)bytes，表示根網(wǎng)橋發(fā)送有效BPDU報(bào)文的時(shí)間；Max Age:占用個(gè)bytes，表示刪除根網(wǎng)橋配置消息等待的最大時(shí)間；Hello Time:占用個(gè)bytes，表示BP

16、DU報(bào)文的發(fā)送周期；Forword Delay:占用個(gè)bytes，表示在過濾數(shù)據(jù)庫中，指示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兊腂PDU動(dòng)態(tài)條目的老化時(shí)間；同時(shí)也表示交換機(jī)端口從監(jiān)聽狀態(tài)到學(xué)習(xí)狀態(tài)/從學(xué)習(xí)狀態(tài)到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)延。 配置消息的處理那么我們是如何根據(jù)配置消息優(yōu)先級(jí)比較的結(jié)果計(jì)算生成樹的呢?主要分如下的幾個(gè)步驟進(jìn)行：1.選擇根橋RootID:最優(yōu)配置消息的RootID2.計(jì)算到根橋的最短路徑開銷RootPathCost:如果自己是根橋,則最短路徑開銷為0,否則為它所收到的最優(yōu)配置消息的RootPathCost與收到該配置消息的端口開銷之和.3.更新配置消息:更新RootID、RootPathCost等參

17、數(shù)，交換機(jī)繼續(xù)廣播發(fā)送新配置消息。4.選擇根端口RootPort:如果自己是根橋,則根端口為0,否則根端口為收到最優(yōu)配置消息的那個(gè)端口5.選擇指定端口:包括在生成樹上處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的其他端口6.從指定端口發(fā)送更優(yōu)的配置消息 配置消息的優(yōu)先級(jí)比較原則假定有兩條配置消息C1和C2,則:1.如果C1的RootID小于C2的RootID,則C1優(yōu)于C22.如果C1和C2的RootID相同,但C1的RootPathCost小于C2,則C1優(yōu)于C23.如果C1和C2的RootID和RootPathCost相同,但C1的發(fā)送網(wǎng)橋ID小于C2,則C1優(yōu)于C24.如果C1和C2的RootID、RootPathCo

18、st和發(fā)送網(wǎng)橋ID相同,但C1的發(fā)送網(wǎng)橋的PortID小于C2,則C1優(yōu)于C2需要說明的是，如果前三者都相同，表明發(fā)送網(wǎng)橋的兩個(gè)端口連接到一個(gè)物理LAN上。 配置消息處理示例 port 1 port 2 port 3 port 4BridgeID=5032，0，32 23，18，20 23，14，8023，14，70 BlockingRootDesignateDesignate23，15，5023，15，50如上圖所示，一個(gè)橋ID=50的交換機(jī)，分別從它的各個(gè)端口收到配置消息：Port1：（32，0，32）Port2：（23，18，20）Port3：（23，14，80）Port4：（23，14

19、，70）配置消息的主要內(nèi)容為(RootID，RootPathCost，BridgelD，PortlD)，在這里為了簡(jiǎn)化，不考慮PortID，只考慮前三項(xiàng)。選舉根橋。通過比較優(yōu)先級(jí)，可以看到橋ID=23是最好的根橋，從本網(wǎng)橋到達(dá)根橋的距離為14+1=15，并更新自己的配置消息為（23,15,50）。選舉根端口。從port3和port4中選舉一個(gè)根端口，port3和port4上收到的配置消息的前兩項(xiàng)RootID，RootPathCost相同，按照配置消息比較原則，比較發(fā)送網(wǎng)橋ID，可以看到Port4上收到的配置消息發(fā)送網(wǎng)橋ID較小，因此選舉Port4做為根端口。選舉指定端口。用自己的配置消息與從各

20、端口（除根端口外的其他端口）收到的配置消息進(jìn)行比較，如果自己的配置消息優(yōu)于從端口上收到的配置消息，則把自己的這個(gè)端口置為指定端口，并發(fā)送自己的配置消息。如果自己的配置消息不如從端口上收到的配置消息，則把自己的這個(gè)端口置為阻塞狀態(tài)。通過比較可以看到port 3上收到的配置消息比自己的配置消息更優(yōu)，因此就將Port3置為阻塞狀態(tài)，自己的配置消息比port1和port2上收到的配置消息更優(yōu)，因此將port1和port2置為指定端口，并開始發(fā)送自己的配置消息。以上是我們從單臺(tái)交換機(jī)的角度來描述通過配置消息的處理來完成端口的選舉，只要掌握了比較的方法，對(duì)于判斷復(fù)雜的生成樹計(jì)算是很容易的，下面我們?cè)僖远嗯_(tái)

21、交換機(jī)組成的一個(gè)比較復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇槔織l鏈路花費(fèi)相等都為1），按照上面的方法，計(jì)算生成樹穩(wěn)定后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。SW6 BID=6SW3 BID=3SW1 BID=1SW2 BID=2SW4 BID=4SW5 BID=5SW6 BID=6下面我們來開始生成樹的工作過程：選舉根橋。在各交換機(jī)啟動(dòng)時(shí)，還沒有收到其他交換機(jī)發(fā)過來的配置消息，都認(rèn)為自己為根橋，并向外廣播自己的配置消息(RootID等于自己的BridgeID)，等泛洪過后，所有的交換機(jī)都知道了誰的BridgeID最小，就選舉誰為根橋，所有交換機(jī)都選舉SW1為根橋，同時(shí)更新自己的配置消息，將RootID設(shè)置為SW1的BridgeID，并將這個(gè)

22、最新的配置消息繼續(xù)廣播出去。各交換機(jī)的最新配置消息SW2(1,1,2) SW3(1,1,3 ) SW4(1,2,4) SW5(1,3,5) SW6(1,2,6)選舉根端口。在除根橋外的其他所有交換機(jī)上必須選舉一個(gè)根端口，根端口選舉的原則是比較所有端口上接收到的配置消息的優(yōu)先順序（按照配置消息比較原則），選舉一個(gè)接收到最優(yōu)配置消息的端口為根端口。那么根據(jù)這個(gè)原則，我們可以從上面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中挑出那些是根端口。321SW1 BID=1SW2 BID=2SW3 BID=3SW4 BID=4SW5 BID=5SW6 BID=6根端口選舉指定端口。用除根端口外的其他端口上所接收到的配置消息與自己的配置消息

23、做對(duì)比，以SW4為例，SW4上保存的配置消息為(1,2,4)，從各端口接收到的配置消息分別為Port1（1,2,3）Port2（1,3,6）Port3 (1,4,5)，根據(jù)配置消息比較原則，Port1上收到的配置消息比SW2自己的配置消息更優(yōu)，所以Port1被置為阻塞狀態(tài)，Port2和Port3上的配置消息不如SW2自己的配置消息，因此Port2和Port3被置為指定端口，并從Port2和Port3發(fā)送SW2的配置信息(1,2,4)，同理，其他交換機(jī)按照此原則，也都完成了指定端口的選舉和阻塞端口的選擇，最后生成樹計(jì)算穩(wěn)定后的拓?fù)淙缦聢D所示：SW1 BID=1SW2 BID=2SW3 BID=3

24、SW4 BID=4SW5 BID=5SW6 BID=6根端口指定端口阻塞端口2.3 鏈路故障處理如果活動(dòng)的鏈路發(fā)生故障怎么辦呢?生成樹算法提供了一種定時(shí)器策略，配置消息中攜帶了一個(gè)生存期的域值，根網(wǎng)橋從它的所有端口周期性的發(fā)送生存期為0的配置消息，收到配置消息的網(wǎng)橋也同樣從自己的指定端口發(fā)送自己的生存期為O的配置消息。如果生成樹的枝條出現(xiàn)故障，則這條鏈路下游的端口將不會(huì)收到新鮮的配置消息，自己的配置消息的生存期值不斷增長(zhǎng)，直至到達(dá)一個(gè)極限。該網(wǎng)橋?qū)仐夁@個(gè)過時(shí)的配置消息，重新開始生成樹計(jì)算。其中，定時(shí)發(fā)送的周期為hello time;配置消息的生存期為message age；最大生存期為max

25、 age。默認(rèn)情況下，交換機(jī)每隔2s發(fā)送一次配置消息，max age為20s，也就說端口連續(xù)收不到10個(gè)配置消息，就會(huì)開始生成樹的重新計(jì)算。 鏈路故障處理示例 port 1 port 2 port 3 port 4BridgeID=5032，0，32 23，18，20 23，14，8023，14，70 RootDesignateDesignate23，15，5023，15，50Port4的配置消息生存期(Message Age達(dá)到Max Age)超時(shí)了，則拋棄該配置信息，重新進(jìn)行生成樹計(jì)算，選擇Port3為新的根端口，而該網(wǎng)橋的配置信息沒有發(fā)生變化，仍為(23,15,50) port 1 po

26、rt 2 port 3 port 4BridgeID=5032，0，32 23，18，20 23，14，8023，14，70 RootDesignate23，19，50Port3的配置消息生存期也超時(shí)了，則拋棄該配置信息，重新進(jìn)行生成樹計(jì)算，選擇Port2為新的根端口，該網(wǎng)橋的配置信息變?yōu)?23,19,50)2.4 臨時(shí)環(huán)路的問題當(dāng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，新的配置消息要經(jīng)過一定的時(shí)延才能傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在所有網(wǎng)橋收到這個(gè)變化的消息之前，會(huì)有兩種可能存在：若舊拓?fù)渲刑幱谵D(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的端口還沒發(fā)現(xiàn)自己應(yīng)該在新的拓?fù)渲型Ｖ罐D(zhuǎn)發(fā)，則可能存在臨時(shí)的環(huán)路若舊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中阻塞的端口還沒有發(fā)現(xiàn)自己應(yīng)該在新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中開

27、始轉(zhuǎn)發(fā)，則可能造成網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)失去連通性這兩種可能會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成不利的影響，為此成樹算法的定時(shí)器策略提供了一種很好的解決方案 臨時(shí)環(huán)路的避免端口由阻塞狀態(tài)進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)時(shí)，要經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)，這個(gè)時(shí)間起碼是配置消息傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所需最大時(shí)間的兩倍定義Forward為配置消息傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最大時(shí)延，設(shè)計(jì)中間狀態(tài)：處于中間狀態(tài)的端口只是學(xué)習(xí)站點(diǎn)的地址信息，但不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；端口從阻塞狀態(tài)經(jīng)過Forward Delay的延時(shí)后進(jìn)入中間狀態(tài)；再經(jīng)過Forward Delay的延時(shí)后才能進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。2.5 端口狀態(tài)端口狀態(tài)端口能力Disabled不收發(fā)任何報(bào)文Blocking不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收但不發(fā)送BP

28、DU，不進(jìn)行地址學(xué)習(xí)Listening不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收并發(fā)送BPDU，不進(jìn)行地址學(xué)習(xí)Learning不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收并發(fā)送BPDU，開始地址學(xué)習(xí)Forwarding接收并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收并發(fā)送BPDU，進(jìn)行地址學(xué)習(xí)為解決臨時(shí)回路的問題，生成樹協(xié)議引入了若干中間狀態(tài)，在802.1D的協(xié)議中，端口有這樣幾種狀態(tài)：Disabled：表示該端口不可用，不接收和發(fā)送任何報(bào)文。這種狀態(tài)可以是由于端口的物理狀態(tài)導(dǎo)致的，也可能是管理者手工配置的。Blocking：處于這個(gè)狀態(tài)的端口不能夠參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文，但是可以接收配置消息，并交給CPU進(jìn)行處理。不過不能發(fā)送配置消息，也不進(jìn)行地址學(xué)習(xí)。Listen

29、ing：處于這個(gè)狀態(tài)的端口也不參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，不進(jìn)行地址學(xué)習(xí)；但是可以接收并發(fā)送配置消息。learning：處于這個(gè)狀態(tài)的端口同樣不能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，但是開始地址學(xué)習(xí)，并可以接收、處理和發(fā)送配置消息。forwarding：一旦端口進(jìn)入該狀態(tài)，就可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)了，同時(shí)也進(jìn)行地址學(xué)習(xí)和配置消息的接收、處理和發(fā)送。 端口狀態(tài)遷移DisabledListeningBlockingLearningForwarding（1）（2）（5）（1，2）（4）（5）（1，2）（3）（4）（4）（1，2）（1，2）圖中顯示了端口的五種狀態(tài)的遷移關(guān)系。 從圖中我們可以看出來，當(dāng)一個(gè)端口被選為根端口或指定端口，就會(huì)從blocki

30、ng狀態(tài)遷移到一個(gè)中間狀態(tài)listening狀態(tài)；經(jīng)歷forward delay的延時(shí)，遷移到下一個(gè)中間狀態(tài)learning狀態(tài)；再經(jīng)理一個(gè)forward delay延時(shí)，遷移到forwarding狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)端口由于拓?fù)浒l(fā)生改變不再是根端口或指定端口了，就會(huì)立刻遷移到blocking狀態(tài)。 并且，處于任何狀態(tài)的端口都可能因?yàn)槎丝诳捎没蛘卟豢捎米兂蒬isabled狀態(tài)。從listening遷移到learning，或者從learning遷移到forwarding狀態(tài)，都需要經(jīng)過forward delay 延時(shí)，通過這種延時(shí)遷移的方式，能夠保證網(wǎng)絡(luò)中需要遷移到discarding狀態(tài)的端口已經(jīng)完成

31、了遷移，因此能夠有效地避免臨時(shí)環(huán)路的形成。2.6 MAC地址消息的生存期拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變會(huì)使站點(diǎn)在生成樹中的相對(duì)位置發(fā)生移動(dòng)，那么網(wǎng)橋原來學(xué)習(xí)到的MAC地址信息就可能變得不正確，所以學(xué)習(xí)的MAC地址信息也要有生存期，如果該時(shí)間內(nèi)沒有證明地址的正確，則拋棄這條地址信息。重新生成一棵生成樹會(huì)改變多個(gè)站點(diǎn)的位置。而且這種邏輯上的位置改變站點(diǎn)本身是無法主動(dòng)覺察到的，因此也就不能通過某種特殊機(jī)制(如發(fā)廣播包)來修正站點(diǎn)的地址信息。如果地址表的老化時(shí)間值大于生成樹計(jì)算所需的時(shí)間，需要有兩個(gè)超時(shí)時(shí)間值。在生成樹協(xié)議中有兩個(gè)生存期：拓?fù)浞€(wěn)定的時(shí)候用較長(zhǎng)的生存期拓?fù)涓淖兊臅r(shí)候用較短的生存期網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變的時(shí)候，并

32、不是所有的網(wǎng)橋能夠發(fā)現(xiàn)這一變化，如果不能發(fā)現(xiàn)這一變化，也就無法來選擇使用哪個(gè)超時(shí)時(shí)間，所以要把拓?fù)涓淖兊男畔⑼ㄖ秸麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)。2.7 拓?fù)涓淖兿⒌膫鞑?234455拓?fù)涓淖兺ㄖ⑼負(fù)涓淖儜?yīng)答消息拓?fù)涓淖兿⑷缟蠄D所示，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化的時(shí)候，并不是所有交換機(jī)都能感知到這種變化，生成樹是通過一種拓?fù)涓淖兿C(jī)制來通知所有的交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)生了變化，地址表項(xiàng)已經(jīng)出現(xiàn)了異常，必須給學(xué)習(xí)到的地址表項(xiàng)設(shè)置較短的生存期。拓?fù)涓淖儓?bào)文有三種：拓?fù)涓淖兺ㄖⅲ負(fù)涓淖儜?yīng)答消息，拓?fù)涓淖兿?。下面分別來介紹一下這三種報(bào)文：1.拓?fù)涓淖兺ㄖⅲ喊l(fā)現(xiàn)拓?fù)涓淖兊木W(wǎng)橋從根端口以hello time為周期定時(shí)向根網(wǎng)

33、橋的方向發(fā)送拓?fù)涓淖兺ㄖ?，每一個(gè)收到這個(gè)通知消息的非根網(wǎng)橋也同樣要向根橋的方向發(fā)送這個(gè)消息。這個(gè)消息是一個(gè)格式比較特殊的報(bào)文，它沒有數(shù)據(jù)項(xiàng)，只需要要讓根知道拓?fù)涓淖兗纯伞?.拓?fù)涓淖儜?yīng)答消息：收到拓?fù)涓淖兺ㄖ⒌木W(wǎng)橋如果不是根網(wǎng)橋需要響應(yīng)一個(gè)拓?fù)涓淖儜?yīng)答消息，收到應(yīng)答消息的網(wǎng)橋就知道了：哦，你已經(jīng)收到我的通知消息，那我就停止發(fā)送通知消息吧。這個(gè)消息是攜帶在該網(wǎng)橋發(fā)送的下一個(gè)配置消息中，用一個(gè)拓?fù)涓淖儜?yīng)答標(biāo)志位來標(biāo)識(shí)。3.拓?fù)涓淖兿ⅲ焊W(wǎng)橋收到拓?fù)涓淖兺ㄖ?，或者自己發(fā)現(xiàn)拓?fù)涓淖冎?，則在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，再以hello time為周期定時(shí)想其他網(wǎng)橋發(fā)送的配置消息中，攜帶一個(gè)拓?fù)涓淖兊臉?biāo)志

34、位。收到這個(gè)消息的網(wǎng)橋?qū)?huì)應(yīng)用哪個(gè)較段的地址表項(xiàng)生存期，直到收到的消息中不再有這個(gè)標(biāo)志。上圖中顯示了拓?fù)涓淖兺ㄖ娜^程。3 RSTP協(xié)議概述3.1 STP的不足在前面我們介紹了有關(guān)生成樹協(xié)議的一些特性。在實(shí)際的應(yīng)用中，生成樹協(xié)議也有很多美中不足的地方。最主要的缺點(diǎn)是端口從阻塞狀態(tài)到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)需要兩倍的forward delay時(shí)延，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的連通性至少要幾十秒的時(shí)間之后才能恢復(fù)。如果網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁，網(wǎng)絡(luò)會(huì)頻繁的失去連通性，這樣用戶就會(huì)無法忍受。為此，推出了一種新的生成樹協(xié)議RSTPRSTP（快速生成樹協(xié)議）是從STP發(fā)展而來，實(shí)現(xiàn)的基本思想一致；RSTP具備STP的所有功能；RSTP

35、改進(jìn)的目的就是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，盡可能快的恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的連通性。3.2 RSTP改進(jìn)快速生成樹從三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)“快速”功能：1.一個(gè)新的根端口從阻塞到轉(zhuǎn)發(fā)：如果舊的根端口已經(jīng)知道自己不再是根端口了，并進(jìn)入阻塞狀態(tài)，且此時(shí)新的根端口連接的網(wǎng)段的指定端口正處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。那么這個(gè)新的根端口就可以無延時(shí)的進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。下圖所示的情況就是一種典型的根端口快速狀態(tài)遷移的例子。RootBridge根端口指定端口阻塞端口當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，阻塞端口迅速的切換為根端口。RootBridge在RSTP中，引入了兩個(gè)新的端口角色，替換端口和備份端口。那么在這里，我們?cè)谧鲆幌耂TP和RSTP的端口狀態(tài)和端口角色的比較

36、。STP的端口狀態(tài)：Blocking、Listening、Learning、forwarding、disabled，這個(gè)在前面已經(jīng)講過，這里不再重復(fù)。STP的端口角色：RootPort、DesignatedPort、DiscardingPort（生成樹協(xié)議關(guān)閉的端口）RSTP的端口狀態(tài)：Discarding、Learning、ForwardingRSTP的端口角色：RootPort、DesignatedPort、AlternatePort、BackupPort、DisablePort其中，AlternatePort：根端口的備份口，一旦根端口實(shí)效，該口就立刻變?yōu)楦丝?。BackupPort：D

37、esignatePort的備份口，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)橋有兩個(gè)端口都連在一個(gè)LAN上，那么高優(yōu)先級(jí)的端口為DesignatedPort，低優(yōu)先級(jí)的端口為BackupPort。2一個(gè)非邊緣指定端口從阻塞到轉(zhuǎn)發(fā)：“非邊緣”的意思是這個(gè)端口連接著其他的網(wǎng)橋，而不是只連接到終端設(shè)備。等待進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的指定端口向下游發(fā)送一個(gè)握手請(qǐng)求報(bào)文，如果下游的網(wǎng)橋響應(yīng)了一個(gè)贊同報(bào)文，則這個(gè)指定端口就可以無延時(shí)的進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。握手請(qǐng)求報(bào)文是在該端口發(fā)送的下一個(gè)配置消息中，用一個(gè)握手標(biāo)志位來標(biāo)識(shí)：握手響應(yīng)報(bào)文也是攜帶在端口發(fā)送的下一個(gè)配置消息中，用一個(gè)贊同標(biāo)志位來標(biāo)識(shí)。下圖所示的情況是一個(gè)典型的非邊緣指定端口快速協(xié)議狀態(tài)遷移的例子

38、。SW1SW2當(dāng)兩臺(tái)交換機(jī)相連時(shí)，開始都發(fā)送配置消息。SW1SW2proposalSW1發(fā)送完配置消息后，發(fā)送了一個(gè)握手請(qǐng)求報(bào)文給SW2SW1SW2proposalagree收到這個(gè)握手請(qǐng)求報(bào)文后，發(fā)現(xiàn)SW1的BridgeID比自己小，因此就選舉SW1為根橋，同時(shí)返回握手響應(yīng)報(bào)文，并將收到握手請(qǐng)求報(bào)文的端口置為根端口。SW1SW2proposalagreeSW1上的指定端口收到握手響應(yīng)報(bào)文就開始進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。不過這種快速狀態(tài)遷移需要一個(gè)前提條件：發(fā)起握手的端口與響應(yīng)握手的端口之間是一條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路。如果這個(gè)條件不滿足，握手將不會(huì)被響應(yīng)。那么這個(gè)指定端口只好等待兩倍的forward delay時(shí)延

39、了。還有一點(diǎn)需要注意的，響應(yīng)握手的網(wǎng)橋只有在把自己的非邊緣指定端口遷移到阻塞blocking狀態(tài)之后，才會(huì)響應(yīng)一個(gè)贊同報(bào)文。那么響應(yīng)握手的網(wǎng)橋的非邊緣指定端口也需要向下游發(fā)起握手，重復(fù)這個(gè)過程。3.邊緣端口從阻塞到轉(zhuǎn)發(fā)：這一點(diǎn)很好理解，所謂“邊緣端口”是指那些直接和終端設(shè)備相連，不再連接任何網(wǎng)橋的端口。這些端口的狀態(tài)并不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通，也不會(huì)造成任何的環(huán)路。所以網(wǎng)橋啟動(dòng)以后，這些端口可以無時(shí)延的快速進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。3.3 RSTP的性能快速生成樹改進(jìn)后的性能歸納如下：1.如果網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓歉丝诘母淖円鸬?，并且有一個(gè)備用的端口可以成為新的根端口的話，那么故障恢復(fù)的時(shí)間就是根端口的切換時(shí)間

40、，無需延時(shí)，無需傳遞配置消息，只是一個(gè)處理的延時(shí)。如果CPU足夠快的話，這個(gè)恢復(fù)時(shí)間你可能根本就沒覺察到。2.如果網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓侵付ǘ丝诘淖兓鸬?，并且也有一個(gè)備用端口可以成為新的指定端口的話，那么故障恢復(fù)的時(shí)間就是一次握手的時(shí)間。而一次握手的時(shí)間就是發(fā)起握手請(qǐng)求和握手響應(yīng)的端口各發(fā)送一次配置消息的時(shí)間，即兩倍的hello time。不過握手的擴(kuò)散往往使情況糟糕一點(diǎn)，最壞的情況是：握手從網(wǎng)絡(luò)的一邊開始，擴(kuò)散到網(wǎng)絡(luò)的另一邊，比如網(wǎng)絡(luò)的直徑為7的情況，最多要經(jīng)過六次握手，網(wǎng)絡(luò)的連通性才能被恢復(fù)。3.如果網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓沁吘壎丝诘淖兓鸬模瑹o需延時(shí)。網(wǎng)絡(luò)的連通性根本不受影響。3.4 RSTP與

41、STP的區(qū)別除了端口狀態(tài)遷移方面的改進(jìn)，快速生成樹協(xié)議與生成樹協(xié)議的區(qū)別還有很多?？偨Y(jié)一下：1.協(xié)議版本不向：在發(fā)送配置消息中有一個(gè)域攜帶了協(xié)議版本號(hào)。2.端口狀態(tài)遷移方式不同； 3.配置消息的格式不同； 4.拓?fù)涓淖兿⒌膫鞑シ绞讲煌?這些改進(jìn)都是為了配合“快速”的需求。3.5 RSTP與STP的兼容SW1(RSTP)SW2(STP)STP BPDUSTP BPDURSTP 協(xié)議可以與STP 協(xié)議完全兼容RSTP 協(xié)議會(huì)根據(jù)收到的BPDU 版本號(hào)來自動(dòng)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)橋互連就只能按STP 的forwarding 方法，過30 秒

42、再forwarding，無法發(fā)揮RSTP 的最大功效。SW1(RSTP)SW3(RSTP)STP BPDUSTP BPDUSW2換成了支持RSTP的SW3，但由于SW1仍然發(fā)送STP BPDU，導(dǎo)致兩臺(tái)支持RSTP的交換機(jī)運(yùn)行著STP。SW1(RSTP)SW3(RSTP)RSTP BPDURSTP BPDURSTP提供了protocol-migration 功能來強(qiáng)制發(fā)RSTP 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(tái)交換機(jī)開始運(yùn)行RSTP。3.6 RSTP可配置的相關(guān)參數(shù)網(wǎng)橋的優(yōu)先級(jí)（BridgePriority）端口的優(yōu)先級(jí)（

43、PortPriority）端口對(duì)應(yīng)鏈路的路徑開銷（PortPathCost）三個(gè)重要的定時(shí)器參數(shù)（HelloTime/Max Age/Forward Delay）相關(guān)參數(shù)的默認(rèn)值參數(shù)名稱缺省值BridgePriority32768PortPriority128PortPathCost根據(jù)端口速率自動(dòng)判斷Hello Time2秒Forward-delay 15秒Max-age Time20秒帶寬COST值10G21G4100M1910M100 RSTP相關(guān)配置-選擇合適根橋如果網(wǎng)絡(luò)中的所有交換機(jī)都保持默認(rèn)配置，即所有的交換機(jī)都具有相同的優(yōu)先級(jí)，那么MAC地址小的交換機(jī)將具有最小的BridgeID

44、，將被選舉為根橋，但該交換機(jī)未必是理想的根橋，可以更改網(wǎng)橋的優(yōu)先級(jí)手動(dòng)指定根橋：配置方法為: Switch(config)#spanning-tree priority priority RSTP相關(guān)配置-配置Hello TimeHello Time的配置需要注意：較長(zhǎng)的Hello Time可以降低生成樹計(jì)算的消耗；較短的Hello Time可以在丟包率較高的時(shí)候，增強(qiáng)生成樹的健壯性。但是，過長(zhǎng)的Hello Time會(huì)導(dǎo)致鏈路故障的錯(cuò)誤判斷;過短的Hello Time導(dǎo)致頻繁發(fā)送配置消息，增大交換機(jī)CPU和網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。配置方法為：Switch(config)#spanning-tree hell

45、o-time interval RSTP相關(guān)配置-配置端口的Max AgeMax age的配置需要注意：過長(zhǎng)的Max Age會(huì)導(dǎo)致鏈路故障不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)；過短的Max Age可能會(huì)在擁塞的時(shí)候使交換機(jī)錯(cuò)誤認(rèn)為鏈路故障，造成頻繁生成樹計(jì)算。配置方法為：Switch(config)#spanning-tree max-age interval RSTP相關(guān)配置-配置端口的Forward DelayForward Delay的配置需要注意：過長(zhǎng)的Forward Delay會(huì)導(dǎo)致生成樹的收斂太慢；過短的Forward Delay可能會(huì)在拓?fù)浒l(fā)生改變的時(shí)候，引入暫時(shí)的環(huán)路。配置方法為：Switch(co

46、nfig)#spanning-tree forward-time interval4 MSTP協(xié)議概述4.1 RSTP的不足RSTP（包括STP）在計(jì)算拓?fù)鋾r(shí)，是以交換機(jī)為基本單位，與VLAN毫無任何關(guān)系，那么在特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，就會(huì)出現(xiàn)如下問題：vlan10vlan10vlan20vlan20vlan10vlan10vlan20vlan20DiscardingSW1SW2SW3SW4SW1SW3SW2SW4如果在1和2間的鏈路給Discarding。由于交換機(jī)3、4 不包含vlan10，無法轉(zhuǎn)發(fā)vlan10 的數(shù)據(jù)包，這樣SW1 的vlan10 就無法與SW2 的vlan10 進(jìn)行通訊。在實(shí)

47、際工程中,如果使用RSTP只能做到冗余備份,無法做到按照VLAN流量來進(jìn)行負(fù)載均衡，如下圖所示：Vlan10Vlan20Vlan10Vlan20Vlan10Vlan204.2 MSTP簡(jiǎn)介MSTP是在傳統(tǒng)的STP、RSTP 的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新的生成樹協(xié)議，本身就包含了RSTP的快速Forwarding 機(jī)制。MSTP是基于實(shí)例來進(jìn)行無環(huán)拓?fù)溆?jì)算，既避免了環(huán)路的產(chǎn)生，也能讓相同vlan 間的通訊不受影響。4.3 MSTP相關(guān)概念instance:一臺(tái)交換機(jī)的一個(gè)或多個(gè)vlan 的集合MST Region:有著相同instance 配置的交換機(jī)組成的域，運(yùn)行獨(dú)立的生成樹（IST，internal

48、 spanning-tree）CST（common spanning tree）:不同MST region 之間運(yùn)行的生成樹。 MSTP region的劃分MST 配置名稱（name）：最長(zhǎng)可用32 個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的字符串來標(biāo)識(shí)MSTP region。MST revision number：用一個(gè)16bit 長(zhǎng)的修正值來標(biāo)識(shí)MSTP region。MST instancevlan 的對(duì)應(yīng)表：每臺(tái)交換機(jī)都最多可以新增64 個(gè)instance，instance 0 是強(qiáng)制存在的，用戶還可以按需要分配1-4094 個(gè)vlan 屬于不同的instance（064），未分配的vlan 缺省就屬于instanc

49、e 0。 注：instance 0 所對(duì)應(yīng)的生成樹稱為CIST（Common Instance Spanning Tree）MSTP BPDU里面包含MST 配置名稱、 MST revision number、 MST instancevlan 的對(duì)應(yīng)表，如果在一個(gè)端口上收到的BPDU里面MST配置信息與本地的一致，那么就可以認(rèn)為該端口上所連接的交換機(jī)與本交換機(jī)處于同一個(gè)MST Region,運(yùn)行相同的IST。 MSTP運(yùn)行示例-ISTSW1SW2SW3首先劃分MST region,三臺(tái)交換機(jī)上分別創(chuàng)建了vlan 10,20,其中vlan10,20屬于instance 1，vlan 30,40

50、屬于instance 2，配置如下：spanning-mst configrationinstance 1 vlan 10instance 1 vlan 30name test (名稱自定義，但必須保持一致)可選配置 revision 1 （號(hào)碼必須保持一致）可選配置配置三臺(tái)交換機(jī)上各實(shí)例的優(yōu)先級(jí)SW1 spanning-tree instance 0 priority 4096SW1 spanning-tree instance 1 priority 4096SW1 spanning-tree instance 2 priority 8192SW2 spanning-tree instanc

51、e 0 priority 4096SW2 spanning-tree instance 1 priority 8192SW2 spanning-tree instance 2 priority 4096SW3上保持默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)配置即32768完成了如上的配置之后，經(jīng)過BPDU的交流，IST就生成了，而各個(gè)instance也生成了獨(dú)立的生成樹(MSTI)instace 0 的拓?fù)淝闆r選舉根橋：SW1具有最高優(yōu)先級(jí)4096選為根橋，SW2和SW3更新自己的配置消息。SW2（4096,1,8192） SW3（4096,1,32768）選舉根端口：SW1是根橋，無根端口，其他交換機(jī)根據(jù)收到的最優(yōu)配置信

52、息的端口，設(shè)置根端口選舉指定端口：根橋上的所有端口都為指定端口，其他交換機(jī)上比較在除根端口以外的其他端口上所收到的配置信息與自己的配置信息，如果自己的配置信息優(yōu)于所接收到的配置信息，那么這個(gè)端口將被置為指定端口，否則被置為阻塞端口最后穩(wěn)定后的拓?fù)淙缦聢D所示SW1SW3SW2根端口指定端口阻塞端口instace 0 所對(duì)應(yīng)的生成樹稱為CIST(Common Instance Spanning Tree)配置驗(yàn)證SW1上關(guān)于instance 0的生成樹協(xié)議狀態(tài)SW1# sh spanning-tree mst 0# MST 0 vlans mapped : 1-9,11-19,21-40941a6

53、Priority : 4096TimeSinceTopologyChange : 0d:0h:4m:37sTopologyChanges : 0DesignatedRoot : 100000D0F8FFA1A6RootCost : 0RootPort : 0CistRegionRoot : 100000D0F8FFA1A6CistPathCost : 0SW1#sh spanning-tree int f 0/1# MST 0 vlans mapped : 1-9,11-19,21-4094PortState : forwardingPortPriority : 128PortDesignat

54、edRoot : 100000D0F8FFA1A6PortDesignatedCost : 0PortDesignatedBridge : 100000D0F8FFA1A6PortDesignatedPort : 8001PortForwardTransitions : 1PortAdminPathCost : 0PortOperPathCost : 200000PortRole : designatedPortSW1#sh spanning-tree int f 0/2# MST 0 vlans mapped : 1-9,11-19,21-4094PortState : forwarding

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