STP(生成树协议讲解).ppt

STP 局域网中通常会存在冗余链路 需要一种方法阻塞冗余链路 消除路径环路 并且在必要时将冗余链路自动切换为转发状态 恢复网络的连通性 生成树协议就可以实现这样的功能 生成树协议包括STP RSTP MSTP等 本章对STP的工作原理进行详细介绍 引入 了解STP消除环路的思想掌握STP的基本概念掌握STP计算过程掌握STP的端口状态掌握STP拓扑改变处理过程了解STP的不足 课程目标 学习完本课程 您应该能够 STP介绍STP基本概念STP计算过程STP端口状态STP拓扑改变处理过程STP协议的不足 目录 Page5 交换机转发流程回顾 E0 2 E0 3 E0 5 E0 6 00 0D 56 BF 88 10 00 0D 56 BF 88 20 PCA SWA SWB PCB Page6 环路引起的问题之一 广播风暴 PCA SWA SWB 广播 Page7 交换机学习MAC地址表回顾 E0 2 E0 3 E0 5 E0 6 00 0D 56 BF 88 10 00 0D 56 BF 88 20 PCA SWA SWB PCB Page8 E0 3 E0 4 E0 5 E0 6 PCA SWA SWB 00 0D 56 BF 88 10 E0 2 00 0D 56 BF 88 10 E0 2 00 0D 56 BF 88 10 E0 4 错误目的端口 环路引起的问题之二 MAC地址表不稳定 什么是STP STP是二层网络中用于消除环路的协议通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环当前活动路径发生故障时 激活冗余备份链路 恢复网络连通性 ROOT PhysicalSegmentA PhysicalSegmentB PhysicalSegmentC PhysicalSegmentD PhysicalSegmentE STP消除环路的思想 将网络拓扑修剪为树形选择树根节点确定最短路径阻塞冗余链路 ROOT PhysicalSegmentA PhysicalSegmentB PhysicalSegmentC PhysicalSegmentD PhysicalSegmentE STP介绍STP基本概念STP计算过程STP端口状态STP拓扑改变处理过程STP协议的不足 目录 桥和端口的角色 桥的角色 根桥指定桥端口角色 根端口指定端口Alternate端口 根桥 根端口 根端口 指定端口 指定端口 指定端口 Alternate端口 指定桥SWA SWB SWC SWA 指定桥SWB 桥ID 桥ID用于在STP中唯一的标识一个桥 桥ID由两部分组成 长度为8个字节桥优先级 高16位 0 65535 默认32768 优先级 16bit 4Bit桥优先级 12Bit扩展系统IDMAC地址 低48位 路径开销 PathCost 路径开销用于衡量桥与桥之间路径的优劣STP中每条链路都具有开销值路径开销等于路径上全部链路开销之和 SWB SWC SWA 1Gig 1Gig Cost20 Cost200 100M 链路开销标准 配置BPDU 网桥通过交互配置BPDU获取STP计算所需要的参数配置BPDU基于二层组播方式发送 目的地址为01 80 C2 00 00 00配置BPDU由根桥周期发出 发送周期为HelloTime 配置BPDU老化时间为MaxAge SWA SWB 配置BPDU Root SWC 配置BPDU 配置BPDU格式 DMA 目的MAC地址SMA 源MAC地址L T 帧长LLCHeader 配置消息固定的链路头Payload BPDU数据 Payload L T SMA DMA LLCHeader RootID RootPathCost BridgeID PortID Parameters Byte ProtocolID 2 ProtocolVersionID BPDUType Flags MessageAge 1 1 1 8 4 8 2 2 MaxAge HelloTime ForwardDelay 2 2 2 STP介绍STP基本概念STP计算过程STP端口状态STP拓扑改变处理过程STP协议的不足 目录 计算步骤 任务一 选举根桥任务二 确定端口角色 SWBBID 8192 MACB SWABID 0 MACA SWDBID 4096 MACD 1GigPathCost 20 1GigPathCost 20 100MPathcost 200 100MPathcost 200 SWCBID 32768 MACC 2Gig聚合Pathcost 18 计算方法 配置BPDU处理网桥将各个端口收到的配置BPDU和自己的配置BPDU做比较 得出优先级最高的配置BPDU网桥用优先级最高的配置BPDU更新本身的配置BPDU 用于选举根桥和确定端口角色网桥从指定端口发送新的配置BPDU配置BPDU比较原则 优先级向量最小者最优首先比较RootBridgeID其次比较RootPathCost再次比较DesignateBridgeID再其次比较DesignatePortID最后比较BridgePortID 根桥选举过程 SWBBID 8192 MACB SWABID 0 MACA SWDBID 4096 MACD SWCBID 32768 MACC 我是根桥 我是根桥 我是根桥 寻找最小桥ID RootID 8192 MACB 根桥选举过程 续 RootID 8192 MACB RootID 0 MACA RootID 0 MACA RootID 32768 MACC RootID 8192 MACB RootID 32768 MACC RootID 32768 MACC RootID 4096 MACD RootID 4096 MACD SWABID 0 MACA SWBBID 8192 MACB SWCBID 32768 MACC SWDBID 4096 MACD 根桥选举过程 续 SWBBID 8192 MACB SWABID 0 MACA SWDBID 4096 MACD SWCBID 32768 MACC 我是根桥 SWA是根桥 SWA是根桥 根桥选举过程 续 RootID 0 MACA RootID 0 MACA RootID 0 MACA RootID 0 MACA RootID 0 MACA RootID 0 MACA RootID 4096 MACD RootID 4096 MACD SWABID 0 MACA SWBBID 8192 MACB SWCBID 32768 MACC SWDBID 4096 MACD 根桥选举结果 SWBBID 8192 MACB SWABID 0 MACA SWDBID 4096 MACD SWCBID 32768 MACC SWA是根桥 SWA是根桥 SWA是根桥 确定端口角色的标准 根端口 网桥上到根桥最近的端口指定端口 端口的配置BPDU在其所属链路上是最优的Alternate端口 端口的配置BPDU在其所属链路上不是最优的 且端口不是根端口 端口角色确定过程 SWBBID 8192 MACB SWABID 0 MACA SWDBID 4096 MACD 1GigPathCost 20 1GigPathCost 20 100MPathcost 200 100MPathcost 200 SWCBID 32768 MACC 2Gig聚合Pathcost 18 RootID 32768 MACCRPC 0 RootID 8192 MACBRPC 0 端口角色确定过程 续 RootID 8192 MACBRPC 0 RootID 8192 MACBRPC 0 RootID 0 MACARPC 0 RootID 0 MACARPC 0 RootID 32768 MACCRPC 0 RootID 32768 MACCRPC 0 RootID 4096 MACDRPC 0 RootID 4096 MACDRPC 0 SWABID 0 MACA SWBBID 8192 MACB SWCBID 32768 MACC SWDBID 4096 MACD 端口角色确定过程 续 SWBBID 8192 MACB SWABID 0 MACA SWDBID 4096 MACD SWCBID 32768 MACC 我是根桥RPC 0 我是根桥RPC 0 SWA是根桥RPC 18 RPC 200 RPC 18 SWA是根桥RPC 200 端口角色确定过程 续 RootID 0 MACARPC 18 RootID 0 MACARPC 200 RootID 0 MACARPC 200 RootID 0 MACARPC 0 RootID 0 MACARPC 0 RootID 0 MACARPC 18 RootID 4096 MACDRPC 0 RootID 4096 MACDRPC 0 SWABID 0 MACA SWBBID 8192 MACB SWCBID 32768 MACC SWDBID 4096 MACD 端口角色确定过程 续 SWBBID 8192 MACB SWABID 0 MACA SWDBID 4096 MACD SWCBID 32768 MACC 我是根桥RPC 0 SWA是根桥RPC 18 RPC 38 RPC 18 RPC 218 SWA是根桥RPC 38 SWA是根桥RPC 218 端口角色确定过程 续 RootID 0 MACARPC 18 RootID 0 MACARPC 38 RootID 0 MACARPC 0 RootID 0 MACARPC 0 RootID 0 MACARPC 18 SWABID 0 MACA SWBBID 8192 MACB SWCBID 32768 MACC SWDBID 4096 MACD 端口角色确定过程 续 SWBBID 8192 MACB SWABID 0 MACA SWDBID 4096 MACD SWCBID 32768 MACC 我是根桥RPC 0 SWA是根桥RPC 18 RPC 38 RPC 18 RPC 58 SWA是根桥RPC 38 SWA是根桥RPC 58 端口角色确定结果 Alternate端口 端口既非根端口也非指定端口 指定端口 端口拥有该链路上最优的配置消息 根桥路径开销 38 根桥ID 0 MACARootPathCost 18 根桥ID 0 MACARootPathCost 38 根桥ID 0 MACARootPathCost 0 根端口 该端口到根桥的开销最小38 200 根桥路径开销 200 SWBBID 8192 MACB STP计算结果 SWBBID 8192 MACB SWABID 0 MACA SWDBID 4096 MACD SWCBID 32768 MACC 指定端口 指定端口 根端口 根端口 根端口 指定端口 指定端口 Alternate端口 Alternate端口 根桥 指定端口 等路径开销计算 根桥 SWABID 0 MACA SWABID 0 MACA 根桥 SWBBID 8192 MACB SWCBID 32768 MACC SWBBID 8192 MACB SWCBID 32768 MACC SWDBID 4096 MACD Pathcost 200 Pathcost 200 Pathcost 200 Pathcost 200 Pathcost 200 Pathcost 200 Pathcost 200 D D R R D A D D R R R D D A 等路径开销计算 续 R Pathcost 200 Pathcost 200 SWABID 0 MACA 根桥 SWBBID 8192 MACB E0 1 E0 2 D D A R Pathcost 200 Pathcost 200 SWABID 0 MACA 根桥 SWBBID 8192 MACB E0 1 D A Pathcost 200 E0 2 E0 1 E0 1 E0 2 PhysicalSegment 收到低优先级配置BPDU时的处理 根桥 根桥 BPDU BPDU BPDU SWABID 0 MACA SWBBID 8192 MACB SWCBID 32768 MACC SWABID 0 MACA SWBBID 8192 MACB SWCBID 32768 MACC SWDBID 4096 MACD BPDU 低优先级配置BPDU HelloTimer BPDU STP介绍STP基本概念STP计算过程STP端口状态STP拓扑改变处理过程STP协议的不足 目录 临时环路问题 当拓扑结构发生变化 新的配置BPDU要经过一定的时延才能传播到整个网络 在所有网桥收到这个变化的消息之前可能会存在临时环路 根桥 SWABID 0 MACA SWBBID 8192 MACB SWCBID 4096 MACC D R D R 根桥 SWABID 0 MACA SWBBID 8192 MACB SWCBID 4096 MACC D R D D R D 新链路 通过中间状态避免临时环路 STP为端口定义了五种状态 Disabled Blocking Listening Learning Forwarding各端口状态对配置BPDU收发 MAC地址学习以及数据收发的处理有所不同 ForwardDelay延时 从中间状态Listening经过一个延时进入另一个中间状态Learning从Learning状态再经过一个延时进入Forwarding状态延时长度为ForwardDelay STP端口状态机 Disabled Listening Blocking Forwarding Learning 1 端口enabled 2 端口disabled 3 端口被选为根端口或指定端口 4 端口被选为Alternate端口 阻塞 5 ForwardDelay延时 1 2 2 2 2 1 2 4 4 5 4 5 3 STP端口状态示例 SWB SWA SWD SWC Forwarding Forwarding Forwarding Forwarding Forwarding Forwarding Forwarding Blocking Blocking 根桥 Forwarding STP介绍STP基本概念STP计算过程STP端口状态STP拓扑改变处理过程STP协议的不足 目录 E1 0 1 拓扑发生变化 HostA HostB ROOT SWC SWA SWB SWD SWE 链路中断 E1 0 1 E1 0 2 E1 0 1 E1 0 2 E1 0 2 E1 0 3 E1 0 2 E1 0 1 E1 0 2 E1 0 1 从中断到恢复需要等待MAC地址老化 将近5分钟的时间 STP阻塞 STP拓扑改变处理过程 拓扑改变消息TCN 拓扑改变应答消息TCA 拓扑改变置位的BPDU HostA HostB ROOT 链路中断 E1 0 1 E1 0 2 E1 0 1 E1 0 2 E1 0 1 E1 0 2 E1 0 3 E1 0 2 E1 0 1 E1 0 2 E1 0 1 拓扑改变时网桥使用较小的MAC地址生存期从中断到恢复最长需要等待50秒的时间 1 2 3 4 4 5 5 5 STP阻塞 SWC SWA SWB SWD SWE TCNBPDU Payload L T SMA DMA LLCHeader 网桥发送TCNBPDU的条件为有端口转变为Forwarding状态 且该网桥至少包含一个指定端口有端口从Forwarding状态或Learning状态转变为Blocking状态 Parameters Byte ProtocolID 2 ProtocolVersionID BPDUType 1 1 TCA以及TC置位的配置BPDU Payload L T SMA DMA LLCHeader 6 5 4 3 2 1 0 TopologyChange TopologyChangeAcknowledgment 7 标志位置位第7位置位表示该消息为TCA第0位置位表示该消息为TC置位BPDU1到6位保留 标志位 RootID RootPathCost BridgeID PortID Parameters Byte ProtocolID 2 ProtocolVersionID BPDUType Flags MessageAge 1 1 1 8 4 8 2 2 MaxAge HelloTime ForwardDelay 2 2 2 拓扑改变收敛时延分析 SWABID 0 MACA SWBBID 8192 MACB SWCBID 32768 MACC D D R R D A 根桥故障 BPDU 等待MaxAgeTimer 链路中断 SWABID 0 MACA SWBBID 8192 MACB SWCBID 32768 MACC D D R R D A SWC根端口DOWN BPDU BPDU BPDU 拓扑改变收敛时延分析 续 ROOT SWC SWA SWB SWD SWE E1 0 1 E1 0 1 E1 0 2 E1 0 1 E1 0 3 E1 0 2 E1 0 1 E1 0 2 E1 0 1 E1 0 2 新增链路或故障恢复链路 新阻塞链路 STP介绍STP基本概念STP计算过程STP端口状态STP拓扑改变处理过程STP协议的不足 目录 收敛时间长 PowerUp Blocking Listening Learning Forwarding Disabled ForwardDelayTimer ForwardDelayTimer 缺省情况下一个端口从Blocking状态过渡到Forwarding状态至少需要30秒钟 两倍的ForwardDelay 对于一个拓扑不稳定网络 会导致网络的长时间中断 拓扑变化收敛机制不灵活 ROOT SWC SWA SWB SWD SWE E1 0 1 E1 0 2 E1 0 1 E1 0 2 E1 0 1 E1 0 2 E1 0 3 E1 0 2 E1 0 1 E1 0 2 E1 0 1 STP阻塞 主机频繁上下线时 网络会产生大量TCN Page55 LANE SWA LANA LANB LANC SWB SWC LAND Root LANC的指定端口 E0 10 E0 20 E0 10 E0 20 E0 10 E0 20 STP基本配置 物理拓扑 Page56 STP基本配置 配置命令 LANE SWA LANA LANB LANC SWB SWC LAND Root LANC的指定端口 E0 10 E0 20 E0 10 E0 20 E0 10 E0 20 Quidway sysnameSWA SWA stpenable SWA stpmodestp SWA stppriority4096 Quidway sysnameSWB SWB stpenable SWB stpmodestp SWB stppriority8192 Quidway sysnameSWC SWC stpenable SWC stpmodestp E0 24 Page57 SWC displaystp CISTGlobalInfo ModeSTP CISTBridge 32768 00e0 fc41 43b9BridgeTimes Hello2sMaxAge20sFwDly15sMaxHop20CISTRoot ERPC 4096 00e0 fc41 4259 2