企業(yè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與實(shí)施 課件 第8章 生成樹協(xié)議

第8章生成樹協(xié)議8.1生成樹的原理8.2生成樹的配置8.3多生成樹的原理與配置本章小結(jié)

8.1生成樹的原理

8.1.1生成樹算法1.?廣播風(fēng)暴如圖8.1所示，交換機(jī)A根據(jù)MAC地址表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，如果MAC地址未知，則廣播數(shù)據(jù)幀；如果交換機(jī)接收到廣播幀，則也會(huì)向所有端口發(fā)送。上述情況在這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中不會(huì)造成廣播風(fēng)暴的問(wèn)題。

圖8.1廣播風(fēng)暴(1)

但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在物理環(huán)路時(shí)，如圖8.2所示，交換機(jī)B與交換機(jī)C也會(huì)廣播數(shù)據(jù)幀。圖8.2廣播風(fēng)暴(2)

這樣就會(huì)產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，如圖8.3所示。廣播風(fēng)暴最終會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源被耗盡，交換機(jī)死機(jī)。

圖8.3廣播風(fēng)暴(3)

2.生成樹

STP(SpanningTreeProtocol，生成樹協(xié)議)就是用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題的。STP并不是斷開物理環(huán)路，而是在邏輯上斷開環(huán)路，防止廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。當(dāng)線路故障時(shí)，STP起激活阻塞接口，恢復(fù)通信，備份線路的作用，如圖8.4所示。圖8.4生成樹

雖然STP算法的過(guò)程比較復(fù)雜，但可以歸納為以下三個(gè)步驟：

(1)?選擇根網(wǎng)橋(RootBridge)。

(2)?選擇根端口(RootPorts)。

(3)?選擇指定端口(DesignatedPorts)。

接下來(lái)通過(guò)一個(gè)例子來(lái)講解這三個(gè)步驟的具體過(guò)程，如圖8.5所示。

圖8.5生成樹舉例

(1)?選擇根網(wǎng)橋。選擇根網(wǎng)橋的依據(jù)是網(wǎng)橋ID。網(wǎng)橋ID是一個(gè)8字節(jié)的字段，如圖8.6所示，前2字節(jié)為網(wǎng)橋優(yōu)先級(jí)，后6字節(jié)是網(wǎng)橋的MAC地址。網(wǎng)橋ID的取值范圍為0～65535，網(wǎng)橋ID的默認(rèn)值是32768。

圖8.6網(wǎng)橋ID

在選擇根網(wǎng)橋的時(shí)候，具體方法是看哪臺(tái)交換機(jī)的網(wǎng)橋ID的值最小，數(shù)值最小的被選擇為根網(wǎng)橋；在數(shù)值相同的情況下，MAC地址小的為根網(wǎng)橋。因此，圖8.5中的交換機(jī)A被選為根網(wǎng)橋，如圖8.7所示。

圖8.7選擇根網(wǎng)橋

(2)?選擇根端口。根端口存在于非根網(wǎng)橋上，需要在每個(gè)非根網(wǎng)橋上選擇一個(gè)對(duì)應(yīng)的根端口。

選擇根端口的依據(jù)如下：

①?到根網(wǎng)橋的根路徑成本最低。

②?直連的網(wǎng)橋ID最小。

③?端口標(biāo)識(shí)最小。

根路徑成本是指交換機(jī)到達(dá)根網(wǎng)橋的所有線路的路徑成本，線路的帶寬越大，它傳輸數(shù)據(jù)的成本也就越低。

端口ID由1字節(jié)的端口優(yōu)先級(jí)和1字節(jié)的端口編號(hào)兩部分組成，如圖8.8所示。端口優(yōu)先級(jí)可配置，其默認(rèn)值是128。圖8.8端口ID

很顯然，在交換機(jī)B、C上選出的根端口如圖8.9所示。圖8.9選擇根端口

(3)?選擇指定端口。選擇完根網(wǎng)橋和每臺(tái)交換機(jī)的根端口后，一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)已初步形成。為了消除環(huán)路形成的可能性，STP還需要在每一個(gè)網(wǎng)段上選擇一個(gè)指定端口，根網(wǎng)橋上的端口全是指定端口。

選擇指定端口的依據(jù)如下：

①?根路徑成本較低。

②?所在的交換機(jī)的網(wǎng)橋ID的值較小。

③?端口ID的值較小。

首先，根橋上的端口全是指定端口，如圖8.10所示。

圖8.10選擇指定端口(1)

其次，需要在交換機(jī)B和C之間的鏈路上選擇一個(gè)指定端口(兩個(gè)端口的根路徑成本一樣)，再比較交換機(jī)的網(wǎng)橋ID，最后選擇指定端口，如圖8.11所示。圖8.11選擇指定端口(2)

這樣在交換機(jī)所有端口中，只有交換機(jī)C的端口2既不是根端口，也不是指定端口，所以該端口被阻塞，如圖8.12所示。圖8.12阻塞端口

最終形成無(wú)環(huán)拓?fù)涞倪壿嫿Y(jié)構(gòu)，如圖8.13所示。圖8.13無(wú)環(huán)拓?fù)涞倪壿嫿Y(jié)構(gòu)

8.1.2生成樹的收斂

1.?橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元

交換機(jī)之間通過(guò)BPDU(BridgeProtocolDataUnit，橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元)來(lái)交換網(wǎng)橋ID、根路徑成本等信息。

BPDU有兩種類型，分別用于不同的目的。

(1)?配置BPDU，用于生成樹計(jì)算。

(2)?拓?fù)渥兏ǜ?TopologyChangeNotification，TCN)BPDU，用于通告網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?/p>

2.?生成樹端口的狀態(tài)

在STP計(jì)算過(guò)程中，交換機(jī)的每一個(gè)端口都必須依次經(jīng)歷以下5種狀態(tài)，其狀態(tài)及對(duì)應(yīng)用途如表8-1所示。

STP的端口狀態(tài)詳細(xì)描述如下：

(1)?Disabled(禁用)：由管理員設(shè)定或因網(wǎng)絡(luò)故障使端口處于Disabled狀態(tài)。

(2)?Blocking(阻塞)：該端口僅允許接收BPDU報(bào)文，不能接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。

(3)?Listening(偵聽)：該端口允許接收或發(fā)送BPDU報(bào)文，不能接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。

(4)?Learning(學(xué)習(xí))：一個(gè)端口在Listening狀態(tài)下經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(稱為轉(zhuǎn)發(fā)延遲)后，將轉(zhuǎn)為L(zhǎng)earning狀態(tài)。該端口可以發(fā)送和接收BPDU報(bào)文，可以學(xué)習(xí)新的MAC地址，并將該地址添加到交換機(jī)的地址表中。

(5)?Forwarding(轉(zhuǎn)發(fā))：在Learning狀態(tài)下再經(jīng)歷一定的轉(zhuǎn)發(fā)延遲時(shí)間，該端口轉(zhuǎn)為Forwarding狀態(tài)。該端口既可以發(fā)送和接收BPDU報(bào)文，可以學(xué)習(xí)新的MAC地址，也可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀。

3.?生成樹計(jì)時(shí)器

STP利用三種計(jì)時(shí)器來(lái)確保一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正確收斂。

(1)?Hello時(shí)間：網(wǎng)橋發(fā)送配置BPDU報(bào)文之間的時(shí)間間隔。IEEE802.1d標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的默認(rèn)訪問(wèn)時(shí)間為2s。

(2)轉(zhuǎn)發(fā)延遲：一個(gè)交換機(jī)端口在Listening(偵聽)和Learning(學(xué)習(xí))狀態(tài)所花費(fèi)的時(shí)間間隔，它的默認(rèn)值各為15s。

(3)最大老化時(shí)間：交換機(jī)在丟棄BPDU報(bào)文之前儲(chǔ)存它的最大時(shí)間。最大老化時(shí)間的默認(rèn)值是20s。

當(dāng)啟用STP時(shí)，VLAN上的每臺(tái)交換機(jī)在加電以后都經(jīng)過(guò)從阻塞到偵聽、從偵聽到的學(xué)習(xí)、從學(xué)習(xí)到轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)渡狀態(tài)，典型的端口過(guò)渡如下：

(1)?從阻塞到偵聽(20s)。

(2)?從偵聽到學(xué)習(xí)(15s)。

(3)?從學(xué)習(xí)到轉(zhuǎn)發(fā)(15s)。

直到交換機(jī)的STP計(jì)算完畢，有些端口可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，有些端口則被阻塞。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浒l(fā)生變化的時(shí)候，交換機(jī)還要重新運(yùn)行STP計(jì)算，形成新的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

8.2生成樹的配置

1.?配置命令(1)?啟動(dòng)或關(guān)閉交換機(jī)的STP功能，默認(rèn)情況下交換機(jī)的STP功能處于開啟狀態(tài)。(2)?選擇交換機(jī)的STP運(yùn)行模式，默認(rèn)情況下交換機(jī)的運(yùn)行模式為MSTP。(3)?設(shè)置交換機(jī)的優(yōu)先級(jí)，priority取值范圍0～61440，步長(zhǎng)4096，默認(rèn)值為32768。[Huawei]stpprioritypriority

(4)?更改端口的STPCost，在端口上開啟、關(guān)閉STP功能：

2.?配置案例

如圖8.14所示，首先查看當(dāng)前根網(wǎng)橋，然后通過(guò)修改交換機(jī)的優(yōu)先級(jí)來(lái)分配根網(wǎng)橋。圖8.14STP配置案例

8.3多生成樹的原理與配置

1.?MSTP概述多生成樹協(xié)議MSTP(MultipleSpanningTreeProtocol)是IEEE802.1s中定義的生成樹協(xié)議，通過(guò)生成多個(gè)生成樹，來(lái)解決以太網(wǎng)環(huán)路的問(wèn)題。MSTP兼容STP，既可以快速收斂，又提供了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的多個(gè)冗余路徑，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)VLAN數(shù)據(jù)的負(fù)載均衡。

MSTP網(wǎng)絡(luò)中包含一個(gè)或多個(gè)MST域(MSTRegion)，每個(gè)MST域中包含一個(gè)或多個(gè)MSTI(MultipleSpanningTreeInstance)，MSTI是由運(yùn)行生成樹協(xié)議的交換設(shè)備組成的，如圖8.15所示。

圖8.15MSTP

3.?MSTP配置的案例

要求配置MSTP實(shí)現(xiàn)多生成樹的效果，如圖8.16所示。

(1)?配置交換機(jī)A成為VLAN10和VLAN20的主根，VLAN30和VLAN40的次根。

(2)?配置交換機(jī)B成為VLAN30和VLAN40的主根，VLAN10和VLAN20的次根。

圖8.16MSTP配置案例

本章小結(jié)

STP是通過(guò)一種算法，在邏輯上阻塞一些端口，從而把一個(gè)環(huán)形的結(jié)構(gòu)改變成一個(gè)邏輯上的樹形結(jié)構(gòu)。

生成樹算法的步驟：首先選擇根網(wǎng)橋，然后選擇根端口，最后選擇指定端口。

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