項目三 局域網(wǎng)冗余備份技術(shù)

《網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與管理項目教程》高等職業(yè)技術(shù)教育計算機相關(guān)專業(yè)目錄項目三局域網(wǎng)冗余備份技術(shù)任務(wù)一STP協(xié)議配置RSTP協(xié)議配置HSRP協(xié)議配置任務(wù)二任務(wù)三教學目標、知識點：1．了解生成樹協(xié)議及其環(huán)路形成原因。2．理解生成樹協(xié)議工作原理。3．掌握生成樹協(xié)議配置方法。項目三局域網(wǎng)冗余備份技術(shù)任務(wù)一STP協(xié)議配置3.1任務(wù)陳述3.2知識點3.2.1生成樹STP協(xié)議概述3.2.2二層環(huán)路問題的產(chǎn)生3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念3.3任務(wù)實施任務(wù)一STP協(xié)議配置3.1任務(wù)陳述

小李是公司的網(wǎng)絡(luò)工程師，隨著公司業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，公司的業(yè)務(wù)越來越離不開網(wǎng)絡(luò)，為了保證網(wǎng)絡(luò)可靠與穩(wěn)定，避免出現(xiàn)單點故障，公司網(wǎng)絡(luò)準備采用冗余鏈路，配置生成樹SPT協(xié)議，來形成雙核心備份網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，冗余鏈路可能會造成交換機之間形成物理環(huán)路，從而引發(fā)廣播風暴，嚴重影響網(wǎng)絡(luò)性能，甚至導致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，那么做為公司的網(wǎng)絡(luò)工程師，小李將如何實現(xiàn)公司網(wǎng)絡(luò)冗余備份呢？3.2知識點3.2.1生成樹STP協(xié)議概述在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通過單條鏈路進行連接通信，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的交換機被用來實現(xiàn)主機之間的互連，如果交換機之間僅使用一條鏈路互連，則可能會出現(xiàn)單點故障，導致業(yè)務(wù)中斷，為了解決此類問題，交換機在互連時一般都會使用冗余鏈路來實現(xiàn)備份，冗余鏈路雖然增強了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但是也會產(chǎn)生環(huán)路，而環(huán)路會帶來一系列的問題，并可能導致廣播以及MAC地址表不穩(wěn)定等網(wǎng)絡(luò)問題，給交換網(wǎng)絡(luò)帶來環(huán)路的風險，進而影響到用戶的使用，導致通信質(zhì)量下降和通信業(yè)務(wù)中斷等問題，如圖3.1所示。3.2.1生成樹STP協(xié)議概述圖3.1二層冗余交換網(wǎng)絡(luò)3.2.1生成樹STP協(xié)議概述生成樹協(xié)議（SpanningTreeProtocol，STP），是基于RadiaPerlman在DEC工作時發(fā)明的一種算法被納入了IEEE802.1d中，2001年IEEE組織推出了快速生成樹協(xié)議(RSTP)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時其比STP更快的收斂網(wǎng)絡(luò)，還引進了端口角色來完善了收斂機制，被納入在IEEE802.1w中，它工作在OSI網(wǎng)絡(luò)模型中的第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)的通信協(xié)議，基本應用是防止交換機冗余鏈路產(chǎn)生的環(huán)路，用于確保以太網(wǎng)中無環(huán)路的邏輯拓撲結(jié)構(gòu)，從而避免了廣播風暴，大量占用交換機的資源，它通過有選擇地阻塞網(wǎng)絡(luò)冗余鏈路來達到消除網(wǎng)絡(luò)二層環(huán)路地目的，同時具備鏈路地備份功能。生成樹協(xié)議的主要功能有兩個：一是在利用生成樹算法、在以太網(wǎng)絡(luò)中，創(chuàng)建一個以某臺交換機的某個端口為根的生成樹，避免環(huán)路。二是在以太網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)生變化時，通過生成樹協(xié)議達到收斂保護的目的。生成樹協(xié)議工作原理：任意一臺交換機中如果到達根網(wǎng)橋有兩條或者兩條以上的鏈路，生成樹協(xié)議都根據(jù)算法把其中一條切斷，僅保留一條，從而保證任意兩個交換機之間只有一條單一的活動鏈路，因為這種生成的這種拓撲結(jié)構(gòu)，很像是以根交換機為樹干的樹形結(jié)構(gòu)，故為生成樹協(xié)議。3.2.1生成樹STP協(xié)議概述生成樹協(xié)議特點：（1）生成樹協(xié)議提供一種控制環(huán)路的方法。采用這種方法，在連接發(fā)生問題的時候，你控制的以太網(wǎng)能夠繞過出現(xiàn)故障的連接。（2）生成樹中的根橋是一個邏輯的中心，并且監(jiān)視整個網(wǎng)絡(luò)的通信。最好不要依靠設(shè)備的自動選擇去挑選哪一個網(wǎng)橋會成為根橋。（3）生成樹協(xié)議重新計算是繁冗的。恰當?shù)卦O(shè)置主機連接端口(這樣就不會引起重新計算)，推薦使用快速生成樹協(xié)議。（4）生成樹協(xié)議可以有效的抑制廣播風暴。開啟生成樹協(xié)議后抑制廣播風暴，網(wǎng)絡(luò)將會更加穩(wěn)定，可靠性、安全性會大大增強。3.2.2二層環(huán)路問題的產(chǎn)生1.廣播風暴根據(jù)交換機的轉(zhuǎn)發(fā)原則，默認情況下，交換機對網(wǎng)絡(luò)中生成的廣播幀不進行過濾，如果交換機從一個端口上接收到的是一個廣播幀，或者是一個目的MAC地址未知的單播幀，則會將這個幀向除源端口之外的所有其他端口轉(zhuǎn)發(fā)。如果交換網(wǎng)絡(luò)中有環(huán)路，則這個幀會被無限轉(zhuǎn)發(fā)，此時便會形成廣播風暴，網(wǎng)絡(luò)中也會充斥著重復的數(shù)據(jù)幀。如圖3.2所示，主機PC1向外發(fā)送了一個單播幀，假設(shè)此單播幀的目的MAC地址在網(wǎng)絡(luò)中所有交換機的MAC地址表中都暫時不存在。SW1接收到此幀后，將其轉(zhuǎn)發(fā)到SW2和SW3，SW2和SW3也會將此幀轉(zhuǎn)發(fā)到除了接收此幀的其他所有端口，結(jié)果此幀又會被再次轉(zhuǎn)發(fā)給SW1，這種循環(huán)會一直持續(xù)，于是便產(chǎn)生了廣播風暴，交換機性能會因此急速下降，并會導致業(yè)務(wù)中斷。3.2.2二層環(huán)路問題的產(chǎn)生1.廣播風暴3.2.2二層環(huán)路問題的產(chǎn)生2.MAC地址表不穩(wěn)定MAC地址表不穩(wěn)定是指一個相同幀的副本在一臺交換機的兩個不同端口被接收引起的，會造成設(shè)備反復刷新MAC地址表，如果交換機將資源都消耗在復制不穩(wěn)定的MAC地址表上，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能就會被減弱，如圖3.3所示。交換機是根據(jù)所接收到的數(shù)據(jù)幀的源地址和接收端口生成MAC地址表項的。當主機PC1向外發(fā)送一個單播幀，假設(shè)此單播幀的目的MAC地址在網(wǎng)絡(luò)中所有交換機的MAC地址表中都暫時不存在。SW1收到此數(shù)據(jù)幀之后，在MAC地址表中生成一個MAC地址表項：54-89-98-16-4B-A1，對應端口為GE0/0/3，并將其從GE0/0/1和GE0/0/2端口轉(zhuǎn)發(fā)。此例僅以SW1從E0/0/2端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀為例進行說明。當SW3接收到此幀后，由于MAC地址表中沒有對應此幀目的MAC地址的表項，所以SW3會將此幀從GE0/0/2轉(zhuǎn)發(fā)出去。SW2接收到此幀后，由于MAC地址表中也沒有對應此幀目的MAC地址的表項，所以SW2會將此幀從GE0/0/1端口發(fā)送回SW1，也會發(fā)給主機PC2。SW1從GE0/0/1接口接收到此數(shù)據(jù)幀之后，會在MAC地址表中刪除原有的相關(guān)表項，生成一個新的MAC表項:54-89-98-16-4B-A1，對應端口為GE0/0/1。此過程會不斷重復，從而導致MAC地址表震蕩。3.2.2二層環(huán)路問題的產(chǎn)生2.MAC地址表不穩(wěn)定3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念在以太網(wǎng)中，二層網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路會帶來廣播風暴，MAC地址表不穩(wěn)定，重復數(shù)據(jù)幀等問題，為解決交換網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路問題，提出了生成樹協(xié)議。生成樹協(xié)議（SpanningTreeProtocol，STP）是根據(jù)IEEE802.1D標準建立的，用于在局域網(wǎng)中消除數(shù)據(jù)鏈路層物理環(huán)路的協(xié)議。運行該協(xié)議的設(shè)備通過彼此交互信息發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路，并有選擇的對某些端口進行阻塞，最終將環(huán)路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)修剪成無環(huán)路的樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而防止報文在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中不斷增生和無限循環(huán)，避免設(shè)備由于重復接收相同的報文所造成的報文處理能力下降的問題發(fā)生。STP采用的協(xié)議報文是BPDU（BridgeProtocolDataUnit，橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元），也稱為配置消息，是一種生成樹協(xié)議問候數(shù)據(jù)包，它可以配置的間隔發(fā)出，用來在網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)橋間進行信息交換。BPDU是運行STP的交換機之間交換的消息幀。BPDU內(nèi)包含了STP所需的路徑和優(yōu)先級信息，STP便利用這些信息來確定根橋以及到根橋的路徑。BPDU中包含了足夠的信息來保證設(shè)備完成生成樹的計算過程。STP即是通過在設(shè)備之間傳遞BPDU來確定網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念生成樹協(xié)議的主要作用：（1）消除環(huán)路：通過阻斷冗余鏈路來消除網(wǎng)絡(luò)中可能存在的環(huán)路。（2）鏈路備份：當活動路徑發(fā)生故障時，激活備份鏈路，及時恢復網(wǎng)絡(luò)連通性。由于生成樹協(xié)議本身比較小，所以并不像路由協(xié)議那樣廣為人知。但是它卻掌管著端口的轉(zhuǎn)發(fā)大全。特別是和別的協(xié)議一起運行的時候，生成樹協(xié)議就有可能阻斷其他協(xié)議地報文通路，造成種種地奇怪現(xiàn)象。生成樹協(xié)議和其它協(xié)議一樣，時隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而不斷更新?lián)Q代的。在生成樹協(xié)議發(fā)展過程中，老的缺陷不斷被克服，新的特性不斷被開發(fā)出來。STP的工作過程如下：首先進行根網(wǎng)橋的選舉，在一個網(wǎng)絡(luò)里邊擁有最低橋ID的將變成一個根橋，全部的生成樹網(wǎng)絡(luò)里面只有一個根橋，根橋的主要職責是定期發(fā)送配置信息，然后這種配置信息將會被所有的指定橋發(fā)送，這在生成樹網(wǎng)絡(luò)里面是一種機制，一旦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)將會重新配置，其依據(jù)是網(wǎng)橋優(yōu)先級（BridgePriority）和MAC地址組合生成的橋ID，橋ID最小的網(wǎng)橋?qū)⒊蔀榫W(wǎng)絡(luò)中的根橋（BridgeRoot）。在此基礎(chǔ)上，計算每個節(jié)點到根橋的距離，并由這些路徑得到各冗余鏈路的代價，選擇最小的成為通信路徑（相應的端口狀態(tài)變?yōu)镕orwRding），其它的就成為備份路徑(相應的端口狀態(tài)變?yōu)锽locking)。STP生成過程中的通信任務(wù)由BPDU完成，BPDU幀用于交換機之間傳遞信息幀，每2秒發(fā)送一次報文，這種數(shù)據(jù)包又分為包含配置信息的配置BPDU（其大小不超過35B）和包含拓撲變化信息的通知BPDU（其長度不超過4B）。3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念1.橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元(BridgeProtocolDataUnit，BPDU)生成樹協(xié)議是一種橋嵌套協(xié)議，在IEEE802.1d規(guī)范里定義，可以用來消除橋回路。它的工作原理是這樣的：生成樹協(xié)議定義了一個數(shù)據(jù)包，叫做橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元BPDU，網(wǎng)橋用BPDU來相互通信，并用BPDU的相關(guān)機能來動態(tài)選擇根橋和備份橋，但是因為從中心橋到任何網(wǎng)段只有一個路徑存在，所以橋回路被消除。要實現(xiàn)生成樹的功能，交換機之間傳遞BPDU報文實現(xiàn)信息交互，所有支持STP協(xié)議的交換機都會接收并處理收到的報文，該報文在數(shù)據(jù)區(qū)里攜帶了用于生成樹計算的所有有用信息。當一個網(wǎng)橋開始變?yōu)榛顒訒r，它的每個端口都是每2s發(fā)送一個BPDU。然而，如果一個端口收到另外一個網(wǎng)橋發(fā)送過來的BPDU，而這個BPDU比它正在發(fā)送的BPDU更優(yōu)，則本地端口會停止發(fā)送BPDU。如果在一段時間（缺省為20s）后它不再接收到鄰居的更優(yōu)的BPDU，則本地端口會再次發(fā)送BPDU。2.橋ID網(wǎng)橋ID共8個字節(jié)，網(wǎng)橋優(yōu)先級（2字節(jié)）+網(wǎng)橋的MAC地址（6字節(jié)）；取值范圍：0~65535，缺省值：32768。3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念3.根橋根據(jù)網(wǎng)橋ID選擇根網(wǎng)橋，網(wǎng)橋ID最小的將成為根網(wǎng)橋，先比較網(wǎng)橋優(yōu)先級，優(yōu)先級較小者稱為根橋，如果優(yōu)先級相等，則比較MAC地址，MAC地址較小者稱為根橋，可以通過Displaystp來查看網(wǎng)絡(luò)中的根橋。交換機啟動后就自動開始進行生成樹收斂計算。默認情況下，所有交換機啟動時都認為自己是根橋，自己的所有端口都為指定端口，這樣BPDU報文就可以通過所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。對端交換機收到BPDU報文后，會比較BPDU中的根橋ID和自己的橋ID。如果收到的BPDU報文中的橋ID優(yōu)先級低，接收交換機會繼續(xù)通告自己的配置BPDU報文給鄰居交換機。如果收到的BPDU報文中的橋ID優(yōu)先級高，則交換機會修改自己的BPDU報文的根橋ID字段，宣告新的根橋。如圖3.4所示，由于交換機默認優(yōu)先級均為32768，交換機SW1的MAC地址最小，經(jīng)過BPDU報文信息最終選舉交換機SW1為根交換機，如果生成樹網(wǎng)絡(luò)里面根橋發(fā)生了故障，則其它交換機中優(yōu)先級最高的交換機會被選舉為新的根橋，如果原來根橋再次激活，則網(wǎng)絡(luò)又會根據(jù)BID來重新選舉新的根橋。3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念3.根橋3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念4.

端口ID運行STP交換機的每個端口都有一個端口ID，端口ID由端口優(yōu)先級和端口號構(gòu)成。端口優(yōu)先級取值范圍是0到240，步長為16，即取值必須為16的整數(shù)倍。缺省情況下，端口優(yōu)先級是128。端口ID（PortID)可以用來確定端口角色。5.端口開銷與路徑開銷交換機的每個端口都有一個端口開銷（PortCost）參數(shù)，此參數(shù)表示該端口在STP中的開銷值。默認情況下端口的開銷和端口的帶寬有關(guān)，帶寬越高，開銷越小。從一個非根橋到達根橋的路徑可能有多條，每一條路徑都有一個總的開銷值，此開銷值是該路徑上所有接收BPDU端口的端口開銷總和（即BPDU的入方向端口），稱為路徑開銷。非根橋通過對比多條路徑的路徑開銷，選出到達根橋的最短路徑，這條最短路徑的路徑開銷被稱為RPC（RootPathCost，根路徑開銷），并生成無環(huán)樹狀網(wǎng)絡(luò)，根橋的根路徑開銷是0。一般情況下，交換機支持多種STP的路徑開銷計算標準，提供最大程度的兼容性。缺省情況下，華為X7系列交換機使用IEEE802.1t標準來計算路徑開銷，根路徑開銷是到根橋的路徑的總開銷，而端口開銷指的是交換機某個端口的開銷。3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念6.端口角色STP通過構(gòu)造一棵樹來消除交換網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路。每個STP網(wǎng)絡(luò)中，都會存在一個根橋，其他交換機為非根橋。根橋或者根交換機位于整個邏輯樹的根部，是STP網(wǎng)絡(luò)的邏輯中心，非根橋是根橋的下游設(shè)備。當現(xiàn)有根橋產(chǎn)生故障時，非根橋之間會交互信息并重新選舉根橋，交互的這種信息被稱為BPDU，BPDU中包含交換機在參加生成樹計算時的各種參數(shù)信息，前面已經(jīng)詳細介紹。STP中定義了三種端口角色：根端口（RootPort），指定端口（DesignatedPort）和替代端口（AlternatePort）。（1）根端口（RootPort）。每個非根橋都要選舉一個根端口。根端口是距離根橋最近的端口，這個最近的衡量標準是靠路徑開銷來判定的，即路徑開銷最小的端口就是根端口。端口收到一個BPDU報文后，抽取該BPDU報文中根路徑開銷字段的值，加上該端口本身的端口開銷即為本端口路徑開銷。如果有兩個或兩個以上的端口計算得到的累計路徑開銷相同，那么選擇收到發(fā)送者BID最小的那個端口作為根端口。如果兩個或兩個以上的端口連接到同一臺交換機上，則選擇發(fā)送者PID最小的那個端口作為根端口。如果兩個或兩個以上的端口通過Hub連接到同一臺交換機的同一個接口上，則選擇本交換機的這些端口中的PID最小的作為根端口。3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念根端口是非根交換機去往根橋路徑最優(yōu)的端口，處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。在一個運行STP協(xié)議的交換機上最多只有一個根端口，但根橋上沒有根端口。選舉根端口的依據(jù)順序如下。1）根路徑成本最小。2）發(fā)送網(wǎng)橋ID最小。3）發(fā)送端口ID最小。（2）指定端口（DesignatedPort）。在網(wǎng)段上抑制其他端口（無論是自己的還是其他設(shè)備的）發(fā)送BPDU報文的端口，就是該網(wǎng)段的指定端口。每個網(wǎng)段都應該有一個指定端口，根橋的所有端口都是指定端口（除非根橋在物理上存在環(huán)路）。指定端口的選舉也是首先比較累計路徑開銷，累計路徑開銷最小的端口就是指定端口。如果累計路徑開銷相同，則比較端口所在交換機的橋ID，所在橋ID最小的端口被選舉為指定端口。如果通過累計路徑開銷和所在橋ID選舉不出來，則比較端口ID，端口ID最小的被選舉為指定端口。網(wǎng)絡(luò)收斂后，只有指定端口和根端口可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。其他端口為預備端口，被阻塞，不能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，只能夠從所連網(wǎng)段的指定交換機接收到BPDU報文，并以此來監(jiān)視鏈路的狀態(tài)。指定端口是交換機向所連網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)配置BPDU的端口，每個網(wǎng)段有且只能有一個指定端口，轉(zhuǎn)發(fā)所連接網(wǎng)段數(shù)據(jù)。一般情況下，根橋的每個端口總是指定端口。選舉指定端口的依據(jù)順序如下。1）根路徑成本最小。2）所在交換機的網(wǎng)橋ID最小。3）發(fā)送端口ID最小。3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念（3）替代端口（AlternatePort）。如果一個端口既不是指定端口也不是根端口，則此端口為替代端口，替代端口將被阻塞，不向所連接網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)任何數(shù)據(jù)。只有當主鏈路故障時，才會啟用備份鏈路，開啟替代端口，替代根端口，以保障網(wǎng)絡(luò)正常通信。由于交換機SW1為根交換機，所以交換機SW1的端口GE0/0/1與端口GE0/0/2被選舉為指定端口，交換機SW2的端口GE0/0/1被選舉為根端口，端口GE0/0/2被選舉為指定端口，交換機SW3的端口GE0/0/1被選舉為根端口，端口GE0/0/2被選舉為預備端口，交換機SW2與交換機SW3之間這條鏈路邏輯上處于斷開狀態(tài)，這樣就將交換環(huán)路變成了邏輯上的無環(huán)拓撲結(jié)構(gòu)，如果主鏈路發(fā)生故障時，才會啟用備份鏈路，如圖3.5所示。3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念7.端口狀態(tài)STP端口狀態(tài)有五種工作狀態(tài)，具體情況如下：Blocking（阻塞狀態(tài)）：此時，二層端口為非指定端口，也不會參與數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)。該端口通過接收BPDU來判斷根交換機的位置和根ID，以及在STP拓撲收斂結(jié)束之后，各交換機端口應該處于什么狀態(tài)，在默認情況下，端口會在這種狀態(tài)下停留20秒鐘時間。Listening（偵聽狀態(tài)）：生成樹此時已經(jīng)根據(jù)交換機所接收到的BPDU而判斷出了這個端口應該參與數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)。于是交換機端口就將不再滿足于接收BPDU，而同時也開始發(fā)送自己的BPDU，并以此通告鄰接的交換機該端口會在活動拓撲中參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的工作。在默認情況下，該端口會在這種狀態(tài)下停留15秒鐘的時間。LeRning(學習狀態(tài))：這個二層端口準備參與數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)，并開始填寫MAC表。在默認情況下，端口會在這種狀態(tài)下停留15秒鐘時間。ForwRding（轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)）：這個二層端口已經(jīng)成為了活動拓撲的一個組成部分，它會轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，并同時收發(fā)BPDU。Disabled（禁用狀態(tài)）：這個二層端口不會參與生成樹，也不會轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念STP端口功能描述，如表3.2所示。3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念8.STP拓撲變化在穩(wěn)定的STP拓撲里，非根橋會定期收到來自根橋的BPDU報文。如果根橋發(fā)生了故障，停止發(fā)送BPDU報文，下游交換機就無法收到來自根橋的BPDU報文。如果下游交換機一直收不到BPDU報文，MaxAge定時器就會超時（MaxAge的默認值為20秒），從而導致已經(jīng)收到的BPDU報文失效，此時，非根交換機會互相發(fā)送配置BPDU報文，重新選舉新的根橋。根橋故障會導致50秒左右的恢復時間，恢復時間約等于MaxAge加上兩倍的ForwRdDelay收斂時間。在交換網(wǎng)絡(luò)中，交換機依賴MAC地址表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。缺省情況下，MAC地址表項的老化時間是300秒。如果生成樹拓撲發(fā)生變化，交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的路徑也會隨著發(fā)生改變，此時MAC地址表中未及時老化掉的表項會導致數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)錯誤，因此在拓撲發(fā)生變化后需要及時更新MAC地址表項。拓撲變化過程中，根橋通過TCNBPDU報文獲知生成樹拓撲里發(fā)生了故障。根橋生成TC用來通知其他交換機加速老化現(xiàn)有的MAC地址表項，如圖3.6所示。3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念8.STP拓撲變化3.2.3生成樹STP協(xié)議基本概念8.STP拓撲變化拓撲變更以及MAC地址表項更新的具體過程如下：（1）交換機SW3感知到網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)生變化后，會不間斷地向交換機SW2發(fā)送TCNBPDU報文。（2）交換機SW2收到交換機SW3發(fā)來的TCNBPDU報文后，會把配置BPDU報文中的Flags的TCA位設(shè)置1，然后發(fā)送給交換機SW3，告知交換機SW3停止發(fā)送TCNBPDU報文。（3）交換機SW2向根橋交換機SW1轉(zhuǎn)發(fā)TCNBPDU報文。（4）根橋交換機SW1把配置BPDU報文中的Flags的TC位設(shè)置為1后發(fā)送，通知下游設(shè)備把MAC地址表項的老化時間由默認的300秒，修改為ForwRdDelay的時間（默認為15秒）。（5）最多等待15秒之后，交換機SW3中的錯誤MAC地址表項會被自動清除。此后，交換機SW3就能重新開始MAC表項的學習及轉(zhuǎn)發(fā)操作。3.3任務(wù)實施思科系列交換機支持2種STP模式。spanning-treemode{pvst|rapid-pvst}命令用來配置交換機的STP模式。默認情況下，思科系列交換機工作在pvst模式下。配置STP，進行網(wǎng)絡(luò)拓撲連接，如圖3.7所示，配置交換機SW1、SW2、SW3，并設(shè)置交換機SW1優(yōu)先級為4096，其他交換機進行默認配置。任務(wù)二RSTP協(xié)議配置3.1任務(wù)陳述3.2知識點3.2.1快速生成樹RSTP協(xié)議概述3.2.2快速生成樹RSTP協(xié)議基本概念3.3任務(wù)實施任務(wù)二RSTP協(xié)議配置3.1任務(wù)陳述小李是公司的網(wǎng)絡(luò)工程師，隨著公司業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，公司的業(yè)務(wù)越來越離不開網(wǎng)絡(luò)，為了保證網(wǎng)絡(luò)可靠與穩(wěn)定，避免出現(xiàn)單點故障，公司網(wǎng)絡(luò)準備采用冗余鏈路，配置生成樹SPT協(xié)議，來形成雙核心備份網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)。冗余鏈路可能會造成交換機之間形成物理環(huán)路，從而引發(fā)廣播風暴，甚至導致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，公司網(wǎng)絡(luò)運行一段時間后，做為公司的網(wǎng)絡(luò)工程師，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的收斂時間有點長，大約需要1分鐘左右的時間，于是工程師小李決定配置快速生成樹RSPT協(xié)議，來解決網(wǎng)絡(luò)的收斂延時問題，那么工程師小李將如何實現(xiàn)公司網(wǎng)絡(luò)冗余備份呢？3.2知識點3.2.1快速生成樹RSTP協(xié)議概述快速生成樹協(xié)議（RapidSpanningTreeProtocol，RSTP），STP協(xié)議由IEEE802.1D定義，RSTP由IEEE802.1W定義，RSTP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，能更快的收斂網(wǎng)絡(luò)。它比802.1D多了一種端口類型：備份端口（BackupPort）類型，用來做指定端口的備份。RSTP是從STP發(fā)展過來的，其實現(xiàn)基本思想一致，但它更進一步的處理了網(wǎng)絡(luò)臨時失去連通性的問題。RSTP規(guī)定在某些情況下，處于Blocking狀態(tài)的端口不必經(jīng)歷2倍的ForwRdDelay時延而可以直接進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。如網(wǎng)絡(luò)邊緣端口（即直接與終端相連的端口），不接收配置BPDU報文，不參與RSTP運算，可以由Disabled狀態(tài)直接轉(zhuǎn)到ForwRding狀態(tài)，直接進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，不需要任何時延，如圖3.13所示，但是，一旦邊緣端口收到配置BPDU報文，就喪失了邊緣端口屬性，成為普通STP端口，并重新進行生成樹計算，或者是網(wǎng)橋舊的根端口已經(jīng)進入Blocking狀態(tài)，并且新的根端口所連接的對端網(wǎng)橋的指定端口仍處于ForwRding狀態(tài)，那么新的根端口可以立即進入ForwRding狀態(tài)。802.1W規(guī)定快速生成樹協(xié)議RSTP，收斂速度可達到1s，而802.1D規(guī)定生成樹協(xié)議STP，收斂速度則需要大約50s。3.2.2快速生成樹RSTP協(xié)議基本概念STP能夠提供無環(huán)網(wǎng)絡(luò)，但是收斂速度較慢。如果STP網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)頻繁變化，網(wǎng)絡(luò)也會隨之頻繁失去連通性，從而導致用戶通信頻繁中斷。RSTP使用了Proposal/Agreement機制保證鏈路及時協(xié)商，從而有效避免收斂計時器在生成樹收斂前超時。運行RSTP的交換機使用了兩個不同的端口角色來實現(xiàn)冗余備份。當?shù)礁鶚虻漠斍奥窂匠霈F(xiàn)故障時，作為根端口的備份端口，Alternate端口提供了從一個交換機到根橋的另一條可切換路徑。Backup端口作為指定端口的備份，提供了另一條從根橋到相應LAN網(wǎng)段的備份路徑。當一個交換機和一個共享媒介設(shè)備例如Hub建立兩個或者多個連接時，可以使用Backup端口。同樣，當交換機上兩個或者多個端口和同一個LAN網(wǎng)段連接時，也可以使用Backup端口，如圖3.14所示。3.2.2快速生成樹RSTP協(xié)議基本概念1.RSTP收斂過程RSTP收斂遵循STP基本原理。網(wǎng)絡(luò)初始化時，網(wǎng)絡(luò)中所有的RSTP交換機都認為自己是“根橋”，并設(shè)置每個端口為指定端口。此時，端口為DiscRding狀態(tài)。每個認為自己是“根橋”的交換機生成一個RSTBPDU報文來協(xié)商指定。網(wǎng)段的端口狀態(tài)，此RSTBPDU報文的Flags字段里面的Proposal位需要置位。當一個端口收到RSTBPDU報文時，此端口會比較收到的RSTBPDU報文和本地的RSTBPDU報文。如果本地的RSTBPDU報文優(yōu)于接收的RSTBPDU報文，則端口會丟棄接收的RSTBPDU報文，并發(fā)送Proposal置位的本地RSTBPDU報文來回復對端設(shè)備。交換機使用同步機制來實現(xiàn)端口角色協(xié)商管理。當收到Proposal置位并且優(yōu)先級高的BPDU報文時，接收交換機必須設(shè)置所有下游指定端口為DiscRding狀態(tài)。如果下游端口是Alternate端口或者邊緣端口，則端口狀態(tài)保持不變。當確認下游指定端口遷移到DiscRding狀態(tài)后，設(shè)備發(fā)送RSTBPDU報文回復上游交換機發(fā)送的Proposal消息。在此過程中，端口已經(jīng)確認為根端口，因此RSTBPDU報文Flags字段里面設(shè)置了Agreement標記位和根端口角色。在P/A進程的最后階段，上游交換機收到Agreement置位的RSTBPDU報文后，指定端口立即從DiscRding狀態(tài)遷移為ForwRding狀態(tài)。然后，下游網(wǎng)段開始使用同樣的P/A進程協(xié)商端口角色。在RSTP中，如果交換機的端口在連續(xù)3次HelloTimer規(guī)定的時間間隔內(nèi)沒有收到上游交換機發(fā)送的RSTBPDU，便會確認本端口和對端端口的通信失敗，從而需要重新進行RSTP的計算來確定交換機及端口角色。RSTP是可以與STP實現(xiàn)后向兼容的，但在實際中，并不推薦這樣的做法，原因是RSTP會失去其快速收斂的優(yōu)勢，而STP慢速收斂的缺點會暴露出來。當同一個網(wǎng)段里既有運行STP的交換機又有運行RSTP的交換機時，STP交換機會忽略接收到的RSTBPDU，而RSTP交換機在某端口上接收到STPBPDU時，會等待兩個HelloTime時間之后，把自己的端口轉(zhuǎn)換到STP工作模式，此后便發(fā)送STPBPDU，這樣就實現(xiàn)了兼容性操作。3.2.2快速生成樹RSTP協(xié)議基本概念2.端口角色RSTP根據(jù)端口