生成树协议原理及配置

1、1生成树协议原理及配置2教学目标1.3课程议题生成树起源生成树起源4生成树综述LAN 1LAN 2存在单点故障冗余的设计又会带来环路,导致广播风暴5生成树综述 6学习目标 掌握STP、RSTP原理及配置实施技术 理解二层交换网络的收敛与生成树协议有关 理解数据在二层交换网络中走的路径与生成树协议有关7课程议题STP技术原理技术原理8STP议题91、什么是STP协议，它的作用是什么 STP （spanning-tree-protocol）是交换）是交换机通过某种特定算法来逻辑阻塞物理冗余机通过某种特定算法来逻辑阻塞物理冗余网络中某些接口，以达到避免数据转发循网络中某些接口，以达到避免数据转发循环

2、，生成环，生成无环路拓扑无环路拓扑的一种二层协议。的一种二层协议。10LAN 1LAN 2该链路处于阻塞状态该链路重新被激活STP是怎样处理环路呢? 2、STP工作原理n基本思想:在网桥之间传递配置消息(BPDU),比较其中的参数，根据STP算法打开好的端口，阻塞差的端口，从而打破物理环路，建立一个无循环的逻辑拓扑。网桥利用收到的配置消息做以下动作: l 配置配置BPDU包含以下重要信息，完成生成树计包含以下重要信息，完成生成树计算算根桥ID（RootID）根路径开销（RootPathCost）指定桥ID（DesignatedBridgeID）指定端口ID（ DesignatedPortID

3、）12l 各台设备的各个端口在初始时生成以自己为根各台设备的各个端口在初始时生成以自己为根桥（桥（Root Bridge）的配置消息，向外发送自）的配置消息，向外发送自己的配置消息己的配置消息 l 网络收敛后，根桥向外发送配置网络收敛后，根桥向外发送配置BPDU，其他，其他的设备对该配置的设备对该配置BPDU进行转发进行转发根桥的选举SWASWBSWC 桥ID由桥优先级（BridgePriority）和桥MAC地址（BridgeMacAddress）组成 桥ID小的桥被选举为根桥BridgeID: 0.0000-0000-0000BridgeID: 16.0000-0000-0001Bridg

4、eID: 0.0000-0000-0002端口角色的确定SWASWBSWC根桥上的所有端口为指定端口（ Designated Port ）在非根桥上选举根路径开销（ RootPathCost）最小的端口为根端口（Root Port）每个物理段选出根路径开销最小的桥作为指定桥（ Designated Bridge），连接指定桥的端口为指定端口不是根端口和指定端口的其余端口被STP置为阻塞状态RootDPDPRPDPRPAPCost=10Cost=20Cost=30根路径开销SWASWBSWC根路径开销（ RootPathCost）是到达根的路径上所有链路开销（Cost）的代数和非根桥进行根端口选

5、举时，根路径开销最小的端口为根端口物理段进行指定桥选举时，路径开销最小的桥为指定桥Root1000M100M1000M10M100M10MCost=10Cost=20Cost=30通过桥ID决定端口角色SWASWBSWC在根路径开销相同时，所连网段指定桥ID最小的端口为根端口在根路径开销相同时，桥ID最小的桥被选举为物理段上的指定桥，连接指定桥的端口为指定端口RootDPDPRPDPRPAPCost=10Cost=10RPCost=10SWDDPCost=10BridgeID: 0.0000-0000-0002BridgeID: 0.0000-0000-0001DPAP通过端口ID决定端口角色

6、SWASWB在根路径开销、指定桥ID都相同的情况下，所连指定端口ID小的端口为根端口RootG0/1G0/2APCost=10Cost=10RPBridgeID: 0.0000-0000-000118STP初始化收敛 选择根网桥 在非根网桥上选择根端口 在每一个网段上选择一个指定端口 阻塞剩余端口193、BPDU报文结构项目字节协议ID2版本号1报文类型1标记域1根网桥ID8根路径成本4发送网桥ID8端口ID2报文老化时间2最大老化时间2访问时间2转发延迟2L/T：帧长LLC Header ：BPDU帧固定的链路头。值为：0 x424203Payload ： BPDU数据0 x01-80-c2

7、-00-00-00端口状态端口角色端口角色端口状态端口状态端口行为端口行为未启用未启用STP功能的端口功能的端口Disabled不收发不收发BPDU报文，接收或报文，接收或转发数据转发数据非指定端口非指定端口或根端口或根端口Blocking接收但不发送接收但不发送BPDU，不接，不接收或转发数据收或转发数据-Listening接收并发送接收并发送BPDU，不接收，不接收或转发数据或转发数据-Learning接收并发送接收并发送BPDU，不接收，不接收或转发数据或转发数据指定端口或指定端口或根端口根端口Forwarding接收并发送接收并发送BPDU，接收并，接收并转发数据转发数据21拓扑变化交

8、换机二层端口收敛导致用户业务可能中断ABC123Link 1 down 收敛时间收敛时间Link 2 down 收敛时间收敛时间Link 3 down 收敛时间收敛时间30秒，秒， C产生产生TCN次佳次佳BPDU 10秒秒30秒，秒，C产生产生TCNB产生产生TCN225、生成树协议的配置Spanning-treeSwitch(config)#no Spanning-treeSwitch(config)#S p a n n i n g - t r e e m o d e s t p / r s t p / m s t pSwitch(config)#默认生成树协议是关闭的默认生成树协议是关闭

9、的默认生成树协议是关闭的默认生成树协议是关闭的锐捷全系列交换机默认使用锐捷全系列交换机默认使用MSTP协议协议23生成树协议的配置（续）s p a n n i n g - t r e e p r i o r i t y Switch(config)#n o s p a n n i n g - t r e e p r i o r i t ySwitch(config)#24生成树协议的配置（续）spanning-tree port-priority numberSwitch(config-if)#25生成树协议的配置（续）26生成树协议的配置（续）27生成树协议的配置（续）spanning-tr

10、ee hello-time secondsSwitch(config)#spanning-tree forward-time seconds Switch(config)#28生成树协议的配置（续）spanning-tree max-age seconds Switch(config)#29生成树协议的配置（续）spanning-tree bpduguard enable Switch(config-if)#30生成树协议的配置（续）spanning-tree portfastSwitch(config-if)#31课程议题RSTP技术原理技术原理32STP的不足33RSTP协议概述34RST

11、P的端口状态与端口角色 端口角色端口角色u Root Port：与：与STP中的根端口概念一致。中的根端口概念一致。u Designated Port：与：与STP中的指定端口概念一致。中的指定端口概念一致。u Alternate Port：到根网桥的替代路径。根端口的备份到根网桥的替代路径。根端口的备份u backup Port：指定端口的备份，到网段的备份指定端口的备份，到网段的备份35RSTP端口的状态STP端口状态RSTP端口状态Disabled DiscardingBlockingListeningLearningLearningForwardingForwarding36RSTP改

12、进一根端口指定端口阻塞端口RootBridge当拓扑发生改变时，在新拓扑中的根端口可以立刻进入转发状态当拓扑发生改变时，在新拓扑中的根端口可以立刻进入转发状态37RSTP改进一RootBridge根端口指定端口替换端口替换端口替换端口(AlternatePort ):根端口的备份口，一旦根端口失根端口的备份口，一旦根端口失 效，该口就立刻变为根端口。效，该口就立刻变为根端口。38RSTP改进一RootBridge根端口指定端口替换端口备份端口备份端口备份端口(BackupPort)：DesignatePort的备份口，当一个网桥有两个的备份口，当一个网桥有两个端口都连在一个端口都连在一个LAN

13、上，那么高优先级的端口为上，那么高优先级的端口为DesignatedPort，低，低优先级的端口为优先级的端口为Backup Port。39RSTP改进二SW1SW2proposalagree根端口指定端口指定端口可以通过与相连的网桥进行一次握手，快速进入转发状态。指定端口可以通过与相连的网桥进行一次握手，快速进入转发状态。40RSTP改进三边缘端口，不可能产生环路网络边缘的端口，即直接与终端相连，而不是和其他网桥相连的端口可以网络边缘的端口，即直接与终端相连，而不是和其他网桥相连的端口可以直接进入转发状态，不需要任何等待时延。直接进入转发状态，不需要任何等待时延。41RSTP的性能若非根网桥

14、在连续的三个若非根网桥在连续的三个Hello time内接受不到根的内接受不到根的BPDU则则立即产生和发送自己的立即产生和发送自己的BPDU，以加快间接感知网络拓扑变化，以加快间接感知网络拓扑变化的时间。的时间。42RSTP与STP的区别43RSTP交换机与STP交换机的互操作正常情况下，正常情况下，RSTP交换机不理解交换机不理解STP交换机的交换机的BPDU，STP交换机也不理解交换机也不理解RSTP交换机的交换机的BPDU在连续的两个在连续的两个Hello time内内RSTP交换机均收到交换机均收到STPBPDU，则，则RSTP的接收端口会进入的接收端口会进入STP的兼容模式，的兼容

15、模式，即回到即回到STP协议下。接收和处理协议下。接收和处理STP BPDU仅仅只是仅仅只是RSTP交换机上接收交换机上接收STP BPDU报文的端口会报文的端口会回退。而不是整个交换机回退。而不是整个交换机注意：在进行生成树协议迁移时，所有端口会重新收敛。注意：在进行生成树协议迁移时，所有端口会重新收敛。44RSTP与STP的兼容SW1(RSTP)SW2(STP)STP BPDURSTP BPDURSTP 协议可以与协议可以与STP 协议完全兼容协议完全兼容RSTP 协议会根据收到的BPDU 版本号来自动判断与之相连的网桥是支持STP 协议还是支持RSTP 协议，如果是与STP 网桥互连就只

16、能按STP 的forwarding 方法，过30 秒再forwarding，无法发挥RSTP 的最大功效45RSTP与STP的兼容SW1(RSTP)SW2(STP)STP BPDUSTP BPDUSW1(RSTP)SW3(RSTP)STP BPDUSTP BPDUSW2换成了支持换成了支持RSTP的的SW3，但由于，但由于SW1仍然发送仍然发送STP BPDU，导致两台支持，导致两台支持RSTP的交换机运行着的交换机运行着STP。46RSTP与STP的兼容SW1(RSTP)SW3(RSTP)RSTP BPDURSTP BPDURSTP提供了protocol-migration 功能来强制发RS

17、TP BPDU，这样 SW1 强制发了RSTPBPDU，SW3 就发现与之互连的网桥是支持 RSTP 的，于是两台交换机开始运行RSTPclear spanning-tree detected-protocols interface interface-id47课程议题MSTP技术原理技术原理48RSTP的不足Vlan10Vlan20Vlan10Vlan20Vlan10Vlan20491、MSTP的定义（的定义（multiple）定义和特点定义和特点MSTP可以将具有相同转发路径的可以将具有相同转发路径的VLAN映射到一个生成树映射到一个生成树中，无需每个中，无需每个VLAN一个生成树。可以根

18、据用户不同的数一个生成树。可以根据用户不同的数据转发路径创建相应的生成树实例。据转发路径创建相应的生成树实例。MSTP得到各个厂商设备的支持，其国际标准为得到各个厂商设备的支持，其国际标准为IEEE802.1S502、MST的工作原理 1、收敛 2、MST域 3、MST的实例51MSTP的工作原理MSTP区域概念区域概念为抑制生成树覆盖范围从而加快生成树的收敛为抑制生成树覆盖范围从而加快生成树的收敛，在，在MSTP的操作机制中，引入了区域的概念的操作机制中，引入了区域的概念。我们将具有相同我们将具有相同MSTP配置名称，配置名称，MSTP配置配置修订号，修订号，VLAN与生成树实例的映射关系与

19、生成树实例的映射关系的交的交换机的集合称为一个换机的集合称为一个MSTP的区域。的区域。52MSTP的工作原理MSTP实例实例 IST实例实例内部生成树实例，是内部生成树实例，是MSTP区域内缺省的生成树实例。编号区域内缺省的生成树实例。编号为为0（instance 0）。缺省时，）。缺省时，MSTP交换机上所有的交换机上所有的VLAN都映射到都映射到IST中。中。其他生成树实例的其他生成树实例的BPDU被包含于被包含于IST的的BPDU中进行传递。中进行传递。IST实例是代表整个交换网络的实例是代表整个交换网络的CST的子集。它接收并向的子集。它接收并向CST实例发送实例发送BPDU。通过。

20、通过IST能够将整个能够将整个MST区域表示为到达外区域表示为到达外部网络部网络CST虚拟网桥。虚拟网桥。53MSTP的工作原理MSTP实例实例 MST实例实例MSTI是是MSTP区域中由管理员手工定义的生成树实例，对于区域中由管理员手工定义的生成树实例，对于锐捷设备而言最多可达锐捷设备而言最多可达64个，编号为个，编号为164。MST实例只具有本地意义。实例只具有本地意义。54MSTP的的BPDU5556573、MST的配置实施下面举例来说明如何进入MST 模式，将VLAN 3, 5-10 映射到MST Instance 1。Ruijie(config)# spanning-tree mst

21、 configurationRuijie(config-mst)# instance 1 vlan 3，5-10Ruijie(config-mst)# name region 1Ruijie(config-mst)# revision 1Ruijie(config-mst)# showMST configurationName region1Revision 1Instance Vlans Mapped- -0 1-2,4,11-40941 3,5-10-Ruijie(config-mst)# exitRuijie(config)#58配置调试案例 掌握的调试命令 SW1# sh spanni

22、ng-tree mst 0 SW1# debug mstp ？59课程议题四、工程实施四、工程实施第第60页页环路预防环路预防q接入层交换机上连线出现环路接入层交换机上连线出现环路,会影响到其他交会影响到其他交换机的正常运行以及下联用户的正常上网换机的正常运行以及下联用户的正常上网.广播风暴广播风暴第第61页页环路预防环路预防q 开启生成树之后开启生成树之后,当交换机上检测到环路发生当交换机上检测到环路发生,就会自动就会自动将一个端口置为阻塞状态将一个端口置为阻塞状态,防止环路的发生防止环路的发生.第第62页页环路预防环路预防q 当接入层交换机下联的普通交换机时当接入层交换机下联的普通交换机时

23、,如果该交换机出如果该交换机出现了环路现了环路,也会产生广播风暴也会产生广播风暴,那么仅仅靠生成树协议还那么仅仅靠生成树协议还是不够的是不够的,所以在实际工程中所以在实际工程中,我们经常在接入层交换机我们经常在接入层交换机的下联口上启用的下联口上启用BPDUGuard,以防止下面的普通交换以防止下面的普通交换机发生环路机发生环路,造成对网络的危害造成对网络的危害.第第63页页环路预防环路预防q 开启了生成树的接入层交换机每隔开启了生成树的接入层交换机每隔2s发送一次发送一次BPDU,当接入层交换机下联的普通交换机发生环路时当接入层交换机下联的普通交换机发生环路时,接入层接入层交换机会收到自己发

24、出的交换机会收到自己发出的BPDU,当开启了当开启了BPDUGuard功能时功能时,会自动将收到会自动将收到BPDU的端口的端口disable掉掉,从而防止从而防止了环路的发生了环路的发生.BPDU端口上开启了BPDUGuard当该端口收到BPDU时,就将该端口自动disable掉第第64页页环路预防环路预防q实际应用实际应用:v开启生成树协议,防止接入层交换机上发生环路v上联口起用BPDUFilter,以防止BPDU被发送到其他交换机v下联口开启BPDUGuard,防止下联普通交换机发生环路v下联口开启Portfast,设置连接PC的边缘端口开启生成树协议开启生成树协议,建建议议RSTP上联

25、口开启上联口开启BPDUFilter,以阻止以阻止BPDU报文发送到报文发送到其他接入层交换机其他接入层交换机下联口开启下联口开启BPDUGuard功能功能下联口开启下联口开启Portfast功能功能第第65页页与与 VRRP结合使用结合使用q MSTP与与VRRP配合使用配合使用,达到冗余备份与负载均衡的达到冗余备份与负载均衡的双重效果双重效果,无论是链路出现故障无论是链路出现故障,还是设备出现故障都能还是设备出现故障都能够在极短的时间内恢复网络的连通性，此模型多见于够在极短的时间内恢复网络的连通性，此模型多见于金融网络金融网络.第第66页页利用利用STP实现流量负载均衡的条件实现流量负载均衡的条件q1、物理冗余链路q2、多个VLANq3、多个生成树实例q同时满足以上三个条件才可以q具体部署时可以改网桥ID、