生成树协议的研究与实现 课程设计

1、课程设计任务书一.设计内容:生成树协议的研究与实现建立基于STP协议的局域网,对STP协议的工作原理进行研究,设计内容如下:1.掌握生成树协议的工作原理2.掌握HP5308三层交换机和HP2626交换机的配置、调试方法3.掌握STP/RSTP/MSTP协议的的工作过程4.建立基于STP协议的模拟园区网络5.设计实施与测试方案二.设计要求:1.在规定时间内完成以上设计内容。2.画出拓扑图和工作原理图(用计算机绘图3.编写设计说明书4.见附带说明。5.成绩评定:指导老师负责验收结果,结合学生的工作态度、实际动手能力、创新精神和设计报告等进行综合考评,并按优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级给出每

2、位同学的课程设计成绩。具体考核标准包含以下几个部分:平时出勤(占20%系统分析、功能设计、结构设计合理与否(占10%个人能否独立、熟练地完成课题,是否达到目标(占40%设计报告(占30%不得抄袭他人的报告(或给他人抄袭,一旦发现,成绩为零分。目录一.生成树协议 (31.1生成树的定义 (31.2 802.1D生成树协议概述: (31.3 Rstp (51.4 MSTP基本原理 (10二.企业园区生成树事例 (13三.总结 . 错误!未定义书签。一.生成树协议1.1生成树的定义 1.2 802.1D生成树协议概述:(1网桥标识(bridge ID:非扩展的:网桥优先级(2bytes+ MAC地址

3、扩展的:网桥优先级(4bits + 系统标识(VLAN ID;12bits + MAC地址(2网桥协议数据单元(BPDU: 配置(CFGBPDU: 初始时每个网桥都会发送,假设自己就是根网桥收敛后,只从根网桥发出,其他网桥在根端口接收后向下中继。拓扑改变提示(TCNBGDU:当拓扑发生变化是,其他网桥可以从根端口发出该BPDU,到达根网桥。根网桥在配置BPDU中设定TCN位,提示其他网桥快速清理MAC地址表。(3时间值:HELLO间隔:2秒,CFG BPDU发送间隔MAX AGE: 20秒,CFG BPDU的保留时间FWD_DELAY: 15秒,监听(listening和学习(learning

4、的时间(4路径代价:与链路速率相关,用于计算网桥间的距离(5端口状态:关闭(disable:端口处于管理关闭状态阻塞(blocking: 不能转发用户数据监听(listening: 接口开始启动学习(learning : 学习MAC地址, 构建MAC表进程项转发(forwarding: 可以转发用户数据(6选择标准:最低的网桥标识号最低的路径代价到根网桥最低的发送者的网桥标识号最低的端口标识号(1选择一个根网桥:每一个网络选择一个(2选择一个根端口:每一个非根网桥选择一个(3选择一个指派端口:每一个网段选择一个(4非指派端口被放置在阻塞状态1.3 RstpProtocol是生成树协议的英文缩写

5、。该协议可应用于环路网络,通过一定的算法实现路径冗余,同时将环路网络修剪成无环路的树型网络,从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。 在上图所示拓扑中,各端口角色如图中标注 连接主机的端口通常配置为边缘端口STP协议由IEEE802.1D定义,RSTP由IEEE802.1W定义。STP的基本原理是,通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文(在IEEE 802.1D中这种协议报文被称为“配置消息”来确定网络的拓扑结构。配置消息中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。生成树协议STP/RSTP1.3.2.技术原理STP的基本思想就是生成“一棵树”,树的根是一个称为根桥的交换机,根据设置不同,

6、不同的交换机会被选为根桥,但任意时刻只能有一个根桥。由根桥开始,逐级形成一棵树,根桥定时发送配置报文,非根桥接收配置报文并转发,如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文,则说明从该交换机到根有不止一条路径,便构成了循环回路,此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞,消除循环。当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候,交换机认为端口的配置超时,网络拓扑可能已经改变,此时重新计算网络拓扑,重新生成一棵树。 2.1d 中STP的端口状态交换机的端口在STP环境中共有5种状态:阻塞blocking、倾听listening、学习learning、转发forwarding、关闭(di

7、sable。Blocking:处于这个状态的端口不能够参与转发数据报文,但是可以接收配置消息,并交给CPU进行处理。不过不能发送配置消息,也不进行地址学习。Listening:处于这个状态的端口也不参与数据转发,不进行地址学习;但是可以接收并发送配置消息。Learning:处于这个状态的端口同样不能转发数据,但是开始地址学习,并可以接收、处理和发送配置消息。Forwarding:一旦端口进入该状态,就可以转发任何数据了,同时也进行地址学习和配置消息的接收、处理和发送。交换机上一个原来被阻塞掉的端口由于在最大老化时间内没有收到BPDU,从阻塞状态转变为倾听状态,倾听状态经过一个转发延迟(15秒到

8、达学习状态,经过一个转发延迟时间的MAC地址学习过程后进入转发状态。如果到达倾听状态后发现本端口在新的生成数中不应该由此端口转发数据则直接回到阻塞状态。当拓扑发生变化,新的配置消息要经过一定的时延才能传播到整个网络,这个时延称为转发延迟(Forward Delay,协议默认值是15秒。在所有网桥收到这个变化的消息之前,若旧拓扑结构中处于转发的端口还没有发现自己应该在新的拓扑中停止转发,则可能存在临时环路。为了解决临时环路的问题,生成树使用了一种定时器策略,即在端口从阻塞状态到转发状态中间加上一个只学习MAC地址但不参与转发的中间状态,两次状态切换的时间长度都是Forward Delay,这样就

9、可以保证在拓扑变化的时候不会产生临时环路。P/A机制即Proposal/Agreement机制。其目的是使一个指定端口尽快进入Forwarding状态。其过程的完成根据以下几个端口变量:AProposing。当一个指定端口处于Discarding或Learning状态的时候,该变量置位。并向下游交换传递Proposal位被置位的BPDU。BProposed。当端口收到对端的指定端口发来的携带Proposal的BPDU的时候。该变量置位。该指示本网段上的指定端口希望忙进入Forwarding状态。Csync。当Proposed被设置以后,收到Proposal置位信息的根端口会依次为自己的其他端口

10、置位sync变量。如果端口是非边缘的指定端口是则会进入 中继具有一定的主动性。1.4 MSTP基本原理MSTP协议在计算生成树时使用的算法和原理与STP/RSTP大同小异,只是因为在MSTP中引入了域和内部路径开销等参数,故MSTP中的优先级向量是7维,而STP/RSTP 是5维。STP/RSTP中的优先级向量是根桥标识符,根路径开销,桥标识符, 发送BPDU报文端口标识符, 接收BPDU报文端口标识符,MSTP中的优先级向量是CIST根桥标识符,CIST外部根路径开销,CIST域根标识符,CIST内部根路径开销,CIST指定桥标识符, CIST指定端口标识符,CIST接收端口标识符,其中ST

11、P/RSTP中的桥标识符实际上是发送BPDU的设备的标识符,与MSTP中的CIST指定桥标识符对应。MSTP中的CIST域根标识符有两种情况,一种是总根所在域内,BPDU报文中该字段是参考总根的标识符,另一种情况是不包含总根的域中,BPDU报文该字段是参考主设备的标识符。运行MSTP的实体初始化时认为自己是总根、域根,通过交互配置消息,按照上面介绍的7维向量计算CIST生成树和MSTI,下面简要介绍CIST生成树和MSTI的计算,介绍H3C设备MSTP 算法实现过程多生成树协议的区域 VLAN101-200VLAN1-100VLAN1-100VLAN101-200 MSTP基本原则每个实例上分

12、别计算各自的生成树,互不干扰每个实例的生成树的算法与RSTP基本相同每个实例的生成树可以有不同的根,不同的拓扑每个实例各自发自己的BPDU每个实例的拓扑可以人为通过配置来确定每个端口在不同实例上的生成树参数可以不同每个端口在不同实例上的角色、状态可能不同步骤1:启用生成树Switch(config#spanning-tree步骤2:选择生成树模式为MSTPSwitch(config#spanning-tree mode mstp在锐捷交换机中,默认情况下,当启用生成树后,生成树的运行模式为MSTP。步骤1:进入全局配置模式Switch#configure terminal步骤2:进入MSTP配

13、置模式Switch(config#spanning-tree mst configuration步骤3:在交换机上配置VLAN与生成树示例的映射关系Switch(config-mst#instance instance-id vlan vlan-range 看生成树的全局配置及状态信息Switch#show spanning-tree查看MSTP的配置结果Switch#show spanning-tree mst configuration 查看特定实例的信息Switch#show spanning-tree mst instance 查看特定端口在相应实例中的状态信息Switch#show

14、spanning-tree mst instance interface 配置MSTP实现负载分担 二. 企业园区生成树事例Vlan 10Vlan 20Vlan 10Vlan 40F0/1F0/2F0/23F0/23F0/24F0/24F0/23F0/1F0/2【实验设备】接入层交换机S2126G (2台、分布层交换机S3550-24(2台【实验步骤】第一步:配置接入层交换机S2126-AS2126-A (config#spanning-tree !开启生成树S2126-A (config#spanning-tree mode mstp !配置生成树模式为MSTPS2126-A(config#

15、vlan 10 !创建Vlan 10S2126-A(config#vlan 20 !创建Vlan 20S2126-A(config#vlan 40 !创建Vlan 40S2126-A(config#interface fastethernet 0/1S2126-A(config-if#switchport access vlan 10 !分配端口F0/1给Vlan 10S2126-A(config#interface fastethernet 0/2S2126-A(config-if#switchport access vlan 20 !分配端口F0/2给Vlan 20S2126-A(conf

16、ig#interface fastethernet 0/23S2126-A(config-if#switchport mode trunk !定义F0/23为trunk 端口S2126-A(config#interface fastethernet 0/24S2126-A(config-if#switchport mode trunk !定义F0/24为trunk端口S2126-A(config#spanning-tree mst configuration ! 进入MSTP配置模式S2126-A(config-mst#instance 1 vlan 1,10 !配置instance 1(实例

17、1并关联Vlan 1和10 S2126-A(config-mst#instance 2 vlan 20,40 !配置实例2并关联Vlan 20和40S2126-A(config-mst#name region1 !配置域名称S2126-A(config-mst#revision 1 !配置版本(修订号验证测试:验证MSTP配置S2126-A#show spanning-tree mst configuration !显示MSTP全局配置Multi spanning tree protocol : EnabledName : region1Revision : 1Instance Vlans M

18、apped- -0 2-9,11-19,21- 39,41- 40941 1,102 20,40第二步:配置接入层交换机S2126-BS2126-B (config#spanning-tree !开启生成树S2126-B (config#spanning-tree mode mstp !采用MSTP生成树模式S2126-B(config#vlan 10 !创建Vlan 10S2126-B(config#vlan 20 !创建Vlan 20S2126-B(config#vlan 40 !创建Vlan 40S2126-B(config#interface fastethernet 0/1S2126

19、-B(config-if#switchport access vlan 10 !分配端口F0/1给Vlan 10S2126-B(config#interface fastethernet 0/2S2126-B(config-if#switchport access vlan 40 !分配端口F0/2给Vlan 40S2126-B(config#interface fastethernet 0/23S2126-B(config-if#switchport mode trunk !定义F0/23为trunk端口S2126-B(config#interface fastethernet 0/24S2

20、126-B(config-if#switchport mode trunk !定义F0/24为trunk端口S2126-B(config#spanning-tree mst configuration ! 进入MSTP配置模式S2126-B(config-mst#instance 1 vlan 1,10 !配置instance 1(实例1并关联Vlan 1和10 S2126-B(config-mst#instance 2 vlan 20,40 !配置实例2并关联Vlan 20和40S2126-B(config-mst#name region1 !配置域名称S2126-B(config-mst#

21、revision 1 !配置版本(修订号验证测试:验证MSTP配置S2126-B#show spanning-tree mst configurationMulti spanning tree protocol : EnabledName : region1Revision : 1Instance Vlans Mapped- -0 2-9,11-19,21-39,41-40941 1,102 20,40第三步:配置分布层交换机S3550-AS3550-A(config#spanning-tree !开启生成树S3550-A (config#spanning-tree mode mstp !采用MSTP生成树模式S3550-A(config#vlan 10S3550-A(config#vlan 20S3550-A(config#vlan 40S3550-A(config#interface fastethernet 0/1S3550-A(config-if#switchport mode trunk !定义F0/1为trunk端口S3550-A(config#interface fastethernet 0/23S3550-A(config-if#switchport mode trunk !定义F0/23为trunk端口S