《數(shù)據(jù)網(wǎng)組建與維護》課件-2.2任務2 基于STP的可靠網(wǎng)絡配置

STP基本原理主講教師：周棟數(shù)據(jù)網(wǎng)組建與維護1生成樹協(xié)議概述2生成樹協(xié)議基本原理CONTENTS目錄PART1生成樹協(xié)議概述生成樹協(xié)議概述STP概述STP在網(wǎng)絡中運行后會持續(xù)監(jiān)控網(wǎng)絡的狀態(tài)，當網(wǎng)絡出現(xiàn)拓撲變更時，STP能夠感知并且進行自動響應，從而使得網(wǎng)絡狀態(tài)適應新的拓撲結構，保證網(wǎng)絡可靠性。STP是一個用于局域網(wǎng)中消除環(huán)路的協(xié)議。運行該協(xié)議的設備通過彼此交互信息而發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中的環(huán)路，并對某些接口進行阻塞以消除環(huán)路。由于局域網(wǎng)規(guī)模的不斷增長，生成樹協(xié)議已經(jīng)成為了當前最重要的局域網(wǎng)協(xié)議之一。PART2生成樹協(xié)議基本原理橋ID（BridgeID，BID）SW1SW24096.4c1f-aabc-100a4096.4c1f-aabc-100b4096.4c1f-aabc-100cSW3備注：此處網(wǎng)橋（Bridge），或者橋也就是交換機。橋優(yōu)先級橋MAC地址生成樹協(xié)議基本原理STP的基本概念：橋IDIEEE802.1D標準中規(guī)定BID由16位的橋優(yōu)先級（BridgePriority）與橋MAC地址構成。每一臺運行STP的交換機都擁有一個唯一的BID。BID橋優(yōu)先級占據(jù)高16bit，其余的低48bit是橋MAC地址。在STP網(wǎng)絡中，BID最小的設備會被選舉為根橋。根橋（RootBridge）SW1SW24096.4c1f-aabc-102b4096.4c1f-aabc-102cSW3根橋生成樹協(xié)議基本原理STP的基本概念：根橋STP的主要作用之一是在整個交換網(wǎng)絡中計算出一棵無環(huán)的“樹”（STP樹）。根橋是一個STP交換網(wǎng)絡中的“樹根”。STP開始工作后，會在交換網(wǎng)絡中選舉一個根橋，根橋是生成樹進行拓撲計算的重要“參考點”，是STP計算得出的無環(huán)拓撲的“樹根”。在STP網(wǎng)絡中，橋ID最小的設備會被選舉為根橋。在BID的比較過程中，首先比較橋優(yōu)先級，優(yōu)先級的值越小，則越優(yōu)先，擁有最小優(yōu)先級值的交換機會成為根橋；如果優(yōu)先級相等，那么再比較MAC地址，擁有最小MAC地址的交換機會成為根橋。開銷（Cost）SW1SW2SW3Cost=100Cost=100Cost=2000Cost=2000Cost=2000Cost=2000生成樹協(xié)議基本原理STP的基本概念：Cost每一個激活了STP的接口都維護著一個Cost值，接口的Cost主要用于計算根路徑開銷，也就是到達根的開銷。接口的缺省Cost除了與其速率、工作模式有關，還與交換機使用的STPCost計算方法有關。接口帶寬越大，則Cost值越小。用戶也可以根據(jù)需要通過命令調(diào)整接口的Cost。根路徑開銷（RootPathCost）SW1SW2SW3Cost=100Cost=100Cost=2000Cost=2000Cost=2000Cost=200012GE0/0/1RPC=100+2000根橋生成樹協(xié)議基本原理STP的基本概念：RPC在STP的拓撲計算過程中，一個非常重要的環(huán)節(jié)就是“丈量”交換機某個接口到根橋的“成本”，也即RPC。一臺設備從某個接口到達根橋的RPC等于從根橋到該設備沿途所有入方向接口的Cost累加。在本例中，SW3從GE0/0/1接口到達根橋的RPC等于接口1的Cost加上接口2的Cost。接口ID（PortID，PID）SW1SW2SW3PID=128.24PID=128.24PID=128.23PID=128.21PID=128.23PID=128.22生成樹協(xié)議基本原理STP的基本概念：PortID運行STP的交換機使用接口ID來標識每個接口，接口ID主要用于在特定場景下選舉指定接口。接口ID由兩部分構成的，高4bit是接口優(yōu)先級，低12bit是接口編號。激活STP的接口會維護一個缺省的接口優(yōu)先級，在華為交換機上，該值為128。用戶可以根據(jù)實際需要，通過命令修改該優(yōu)先級。BPDU（BridgeProtocolDataUnit，網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元）配置BPDUSW1SW2SW3生成樹協(xié)議基本原理STP的基本概念：BPDUBPDU是STP能夠正常工作的根本。BPDU是STP的協(xié)議報文。STP交換機之間會交互BPDU報文，這些BPDU報文攜帶著一些重要信息，正是基于這些信息，STP才能夠順利工作。BPDU分為兩種類型：配置BPDU（ConfigurationBPDU）TCNBPDU（TopologyChangeNotificationBPDU）配置BPDU是STP進行拓撲計算的關鍵；TCNBPDU只在網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變更時才會被觸發(fā)。字段協(xié)議ID

協(xié)議版本ID類型標志根橋ID根路徑開銷網(wǎng)橋ID接口ID消息壽命最大壽命Hello時間轉發(fā)延遲對于STP而言，最重要的工作就是在交換網(wǎng)絡中計算出一個無環(huán)拓撲。在拓撲計算的過程中，一個非常重要的內(nèi)容就是配置BPDU的比較。在配置BPDU中，有四個字段非常關鍵，它們是“根橋ID”、“根路徑開銷”、“網(wǎng)橋ID”以及“接口ID”，這四個字段便是交換機進行配置BPDU比較的關鍵內(nèi)容。

在這四條原則中（每條原則都對應配置BPDU中的相應字段），第一條原則主要用于在網(wǎng)絡中選舉根橋，后面的原則主要用于選舉根接口及指定接口。生成樹協(xié)議基本原理配置BPDU的比較原則STP按照如下順序選擇最優(yōu)的配置BPDU：最小的根橋ID最小的RPC最小的網(wǎng)橋ID最小的接口IDSW1SW2SW34096.4c1f-aabc-102a4096.4c1f-aabc-102b4096.4c1f-aabc-102cPortID=128.24PortID=128.23Cost=20000Cost=20000配置BPDU……根橋ID=4096.4c1f-aabc-102a路徑開銷=0橋ID=4096.4c1f-aabc-102a接口ID=128.24……配置BPDU……根橋ID=4096.4c1f-aabc-102a路徑開銷=0+20000橋ID=4096.4c1f-aabc-102b接口ID=128.23……生成樹協(xié)議基本原理配置BPDU的轉發(fā)過程在交換網(wǎng)絡中選舉一個根橋配置BPDUSW1SW2SW34096.4c1f-aabc-102a4096.4c1f-aabc-102b4096.4c1f-aabc-102c根橋生成樹協(xié)議基本原理STP的計算過程（1）STP在交換網(wǎng)絡中開始工作后，每個交換機都會向網(wǎng)絡中發(fā)送配置BPDU。配置BPDU中包含交換機自己的橋ID。網(wǎng)絡中擁有最小橋ID的交換機成為根橋。在一個連續(xù)的STP交換網(wǎng)絡中只會存在一個根橋。根橋的角色是可搶占的。為了確保交換網(wǎng)絡的穩(wěn)定，建議提前規(guī)劃STP組網(wǎng)，并將規(guī)劃為根橋的交換機的橋優(yōu)先級設置為最小值0。在每臺非根橋上選舉一個根接口SW1SW2SW34096.4c1f-aabc-102a4096.4c1f-aabc-102b4096.4c1f-aabc-102c配置BPDU根接口RRR生成樹協(xié)議基本原理STP的計算過程（2）每一臺非根橋交換機都會在自己的接口中選舉出一個接口。非根橋交換機上有且只會有一個根接口。當非根橋交換機有多個接口接入網(wǎng)絡中時，根接口是其收到最優(yōu)配置BPDU的接口?？梢孕蜗蟮乩斫鉃?，根接口是每臺非根橋上“朝向”根橋的接口。在每條鏈路上選舉一個指定接口配置BPDU根接口D指定接口SW1SW2SW34096.4c1f-aabc-102a4096.4c1f-aabc-102b4096.4c1f-aabc-102cDDDRRR生成樹協(xié)議基本原理STP的計算過程（3）根接口選舉出來后，非根橋會使用其在該接口上收到的最優(yōu)BPDU進行計算，然后將計算得到的配置BPDU與除了根接口之外的其他所有接口所收到的配置BPDU進行比較：如果前者更優(yōu)，則該接口為指定接口；如果后者更優(yōu)，則該接口為非指定接口。一般情況下，根橋的所有接口都是指定接口。非指定接口被阻塞配置BPDUR根接口D指定接口SW1SW2SW3RRDDD接口被阻塞生成樹協(xié)議基本原理STP的計算過程（4）一臺交換機上，既不是根接口，又不是指定接口的接口被稱為非指定接口。STP操作的最后一步是阻塞網(wǎng)絡中的非指定接口。這一步完成后，網(wǎng)絡中的二層環(huán)路就此消除。狀態(tài)名稱狀態(tài)描述禁用（Disable）該接口不能收發(fā)BPDU，也不能收發(fā)業(yè)務數(shù)據(jù)幀，例如接口為down阻塞（Blocking）該接口被STP阻塞。處于阻塞狀態(tài)的接口不能發(fā)送BPDU，但是會持續(xù)偵聽BPDU，而且不能收發(fā)業(yè)務數(shù)據(jù)幀，也不會進行MAC地址學習偵聽（Listening）當接口處于該狀態(tài)時，表明STP初步認定該接口為根接口或指定接口，但接口依然處于STP計算的過程中，此時接口可以收發(fā)BPDU，但是不能收發(fā)業(yè)務數(shù)據(jù)幀，也不會進行MAC地址學習學習（Learning）當接口處于該狀態(tài)時，會偵聽業(yè)務數(shù)據(jù)幀（但是不能轉發(fā)業(yè)務數(shù)據(jù)幀），并且在收到業(yè)務數(shù)據(jù)幀后進行MAC地址學習轉發(fā)（Forwarding）處于該狀態(tài)的接口可以正常地收發(fā)業(yè)務數(shù)據(jù)幀，也會進行BPDU處理。接口的角色需是根接口或指定接口才能進入轉發(fā)狀態(tài)生成樹協(xié)議基本原理STP的接口狀態(tài)內(nèi)容小結生成樹協(xié)議概述01生成樹協(xié)議基本原理02STP基本配置主講教師：周棟數(shù)據(jù)網(wǎng)組建與維護1STP基礎配置命令2STP的基礎配置CONTENTS目錄PART1STP基礎配置命令[Huawei]stpmode{stp|rstp|mstp}1.配置生成樹工作模式交換機支持STP、RSTP和MSTP（MultipleSpanningTreeProtocol）三種生成樹工作模式，默認情況工作在MSTP模式。[Huawei]stprootprimary2.（可選）配置根橋配置當前設備為根橋。缺省情況下，交換機不作為任何生成樹的根橋。配置后該設備優(yōu)先級數(shù)值自動為0，并且不能更改設備優(yōu)先級。[Huawei]stprootsecondary3.（可選）備份根橋配置當前交換機為備份根橋。缺省情況下，交換機不作為任何生成樹的備份根橋。配置后該設備優(yōu)先級數(shù)值為4096，并且不能更改設備優(yōu)先級。STP基礎配置命令（1）[Huawei]stpprioritypriority1.（可選）配置交換機的STP優(yōu)先級[Huawei]stp

pathcost-standard{dot1d-1998|dot1t|legacy}2.（可選）配置接口路徑開銷配置接口路徑開銷計算方法。缺省情況下，路徑開銷值的計算方法為IEEE802.1t（dot1t）標準方法。同一網(wǎng)絡內(nèi)所有交換機的接口路徑開銷應使用相同的計算方法。[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stpcostcost設置當前接口的路徑開銷值。STP基礎配置命令（2）[Huawei-intf]stpprioritypriority1.（可選）配置接口優(yōu)先級[Huawei]stpenable2.啟用STP/RSTP/MSTP使能交換機的STP/RSTP/MSTP功能。缺省情況下，設備的STP/RSTP/MSTP功能處于啟用狀態(tài)。STP基礎配置命令（3）PART2STP的基礎配置在上述三臺交換機上部署STP，以便消除網(wǎng)絡中的二層環(huán)路。通過配置，將SW1指定為根橋，并使SW3的GE0/0/22接口被STP阻塞。[SW1]stpmodestp[SW1]stpenable[SW1]stppriority0[SW2]stpmodestp[SW2]stpenable[SW2]stppriority4096[SW3]stpmodestp[SW3]stpenable[SW3]stppriority0SW1的配置如下：SW2的配置如下：SW3的配置如下：SW1SW2SW3GE0/0/24GE0/0/24GE0/0/23GE0/0/23GE0/0/21GE0/0/22STP的基礎配置案例1：STP的基礎配置在SW3上查看STP接口狀態(tài)摘要：STP的基礎配置案例1：STP的基礎配置<SW3>displaystpbrief

MSTID Port Role STPState Protection0 GigabitEthernet0/0/21 ROOT FORWARDING NONE0 GigabitEthernet0/0/22 ALTE DISCARDING

NONESW1SW2SW3GE0/0/24GE0/0/24GE0/0/23GE0/0/23GE0/0/21GE0/0/22STP的基礎配置STP基礎配置案例內(nèi)容小結STP基礎配置命令01STP的基礎配置02RSTP基本原理數(shù)據(jù)網(wǎng)組建與維護主講教師：周棟CONTENTS目錄1STP的不足之處2RSTP概述3RSTP對STP的其他改進STP的不足之處STP協(xié)議雖然能夠解決環(huán)路問題，但是由于網(wǎng)絡拓撲收斂慢，影響了用戶通信質(zhì)量。如果網(wǎng)絡中的拓撲結構頻繁變化，網(wǎng)絡也會隨之頻繁失去連通性，從而導致用戶通信頻繁中斷，這是用戶無法忍受的。STP沒有細致區(qū)分接口狀態(tài)和接口角色，不利于初學者學習及部署。網(wǎng)絡協(xié)議的優(yōu)劣往往取決于協(xié)議是否對各種情況加以細致區(qū)分。從用戶角度來講，Listening、Learning和Blocking狀態(tài)并沒有區(qū)別，都同樣不轉發(fā)用戶流量。從使用和配置角度來講，接口之間最本質(zhì)的區(qū)別并不在于接口狀態(tài)，而是在于接口扮演的角色。根接口和指定接口可以都處于Listening狀態(tài)，也可能都處于Forwarding狀態(tài)。STP算法是被動的算法，依賴定時器等待的方式判斷拓撲變化，收斂速度慢。STP算法要求在穩(wěn)定的拓撲中，根橋主動發(fā)出配置BPDU報文，而其他設備進行處理，傳遍整個STP網(wǎng)絡。這也是導致拓撲收斂慢的主要原因之一。RSTP概述IEEE802.1W中定義的RSTP可以視為STP的改進版本，RSTP在許多方面對STP進行了優(yōu)化，它的收斂速度更快，而且能夠兼容STP。RSTP引入了新的接口角色，其中替代接口的引入使得交換機在根接口失效時，能夠立即獲得新的路徑到達根橋。備份端口作為指定端口的備份，幫助鏈路上的網(wǎng)橋快速獲得到根橋的備份路徑。RSTP的狀態(tài)規(guī)范根據(jù)端口是否轉發(fā)用戶流量和學習MAC地址把原來的5種狀態(tài)縮減為3種。另外，RSTP還引入了邊緣接口的概念，這使得交換機連接終端設備的接口在初始化之后能夠立即進入轉發(fā)狀態(tài)，提高了工作效率。RSTP對STP的其他改進配置BPDU的處理發(fā)生變化：拓撲穩(wěn)定后，配置BPDU報文的發(fā)送方式進行了優(yōu)化使用更短的BPDU超時計時對處理次等BPDU的方式進行了優(yōu)化配置BPDU格式的改變，充分利用了STP協(xié)議報文中的Flag字段，明確了接口角色RSTP拓撲變化處理：相比于STP進行了優(yōu)化，加速針對拓撲變更的反應速度RSTP對STP的其他改進端口角色不同：通過接口角色的增補，簡化了生成樹協(xié)議的理解及部署RSTP的接口角色共有4種：根接口、指定接口、預備接口和備份接口R根接口D指定接口A預備接口B備份接口SW1(根橋)SW2SW3DDRRABSW1(根橋)SW2SW3DDRRADDRSTP對STP的其他改進邊緣端口：如果指定端口位于整個域的邊緣，不再與任何交換設備連接，這種端口叫做邊緣端口。邊緣端口一般與用戶終端設備直接連接，可以由Disabled狀態(tài)直接轉到Forwarding狀態(tài)。R根接口D指定接口E邊緣接口SW1(根橋)SW2SW3DDRRERSTP對STP的其他改進端口狀態(tài)不同RSTP的狀態(tài)規(guī)范把原來的5種狀態(tài)縮減為3種。如果不轉發(fā)用戶流量也不學習MAC地址，那么接口狀態(tài)就是Discarding狀態(tài)。如果不轉發(fā)用戶流量但是學習MAC地址，那么接口狀態(tài)就是Learning狀態(tài)。如果既轉發(fā)用戶流量又學習MAC地址，那么接口狀態(tài)就是Forwarding狀態(tài)。STP接口狀態(tài)RSTP接口狀態(tài)接口在拓撲中的角色ForwardingForwarding包括根接口、指定接口LearningLearning包括根接口、指定接口ListeningDiscarding包括根接口、指定接口BlockingDiscarding包括Alternate接口、Backup接口DisabledDiscarding包括Disable接口內(nèi)容小結STP的不足之處01RSTP概述02RSTP對STP的其他改進03RSTP配置命令數(shù)據(jù)網(wǎng)組建與維護主講教師：周棟RSTP的基本配置配置邊緣端口[SW2]interfaceGigabitEthernet0/0/1[SW2-GigabitEthernet0/0/1]stpedged-portenable配置BPDU保護[SW2]stpbpdu-protection端口上配置根保護[SW1]interfaceGigabitEthernet0/0/20[SW1-GigabitEthernet0/0/20]stproot-protectionRSTP的基本配置在端口上激活環(huán)路保護功能。[SW3]interfaceGigabitEthernet0/0/22[SW3-GigabitEthernet0/0/23]stploop-protectionRSTP的基本配置激活拓撲變更保護功能[SW]stptc-protection修改拓撲變更保護功能默認單位時間[SW]stptc-protectionintervalinterval-value修改拓撲變更保護的默認單位時間內(nèi)處理TCBPDU次數(shù)[SW]stptc-protectionthresholdvalueMSTP原理與配置數(shù)據(jù)網(wǎng)組建與維護主講教師：周棟CONTENTS目錄1STP/RSTP的缺陷2MSTP技術原理3MSTP配置命令STP/RSTP的缺陷RSTP在STP基礎上進行了改進，實現(xiàn)了網(wǎng)絡拓撲快速收斂。但RSTP和STP還存在同一個缺陷：由于局域網(wǎng)內(nèi)所有的VLAN共享一棵生成樹，因此無法在VLAN間實現(xiàn)數(shù)據(jù)流量的負載均衡，鏈路被阻塞后將不承載任何流量，還有可能造成部分VLAN的報文無法轉發(fā)。SW3SW1SW2GE0/0/2VLAN1、2、3、…SW3的GE0/0/2接口被STP阻塞，這將導致所有VLAN的流量通過左側鏈路轉發(fā)，被阻塞接口所連接的鏈路將不承載流量，造成鏈路帶寬資源的浪費。被生成樹阻塞的接口所有VLAN的數(shù)據(jù)MSTP技術原理為了彌補STP和RSTP的缺陷，IEEE于2002年發(fā)布的802.1s標準定義了MSTP。MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收斂，又提供了數(shù)據(jù)轉發(fā)的多個冗余路徑，在數(shù)據(jù)轉發(fā)過程中實現(xiàn)VLAN數(shù)據(jù)的負載均衡。SW3SW1SW2基數(shù)VLAN的數(shù)據(jù)實例1的生成樹阻塞的接口實例2的生成樹阻塞的接口偶數(shù)VLAN的數(shù)據(jù)根實例2的生成樹根實例1的生成樹MSTP將VLAN映射到一個生成樹的實例，若干個VLAN可共用一棵生成樹。例如：將偶數(shù)VLAN映射到實例1將基數(shù)VLAN映射到實例2網(wǎng)絡中將只維護2棵生成樹。MSTP技術原理MSTP把一個交換網(wǎng)絡劃分成多個域，每個域內(nèi)形成多棵生成樹，生成樹之間彼此獨立。每棵生成樹叫做一個多生成樹實例MSTI（