ptn学习001-3stp协议40p完此课程您将会

1、STP协议介绍2022年9月1日学习目标学习完此课程，您将会：了解STP产生的原因掌握STP的工作原理掌握MSTP的工作原理课程内容交换机的工作原理及STP的产生STP协议原理RSTP/MSTP协议原理交换机的工作原理Station AStation B1/11/2Segment ASegment B交换机有着透明桥相同的特点透明桥会带来哪些问题？广播风暴帧的重复复制交换机 MAC 地址表的不稳定透明桥带来的问题广播风暴(1)Segment 1Segment 2Server/host XRouter Y BroadcastSwitch ASwitch B Host X 发送一个广播包，交换机A

2、和B都将收到这个广播包，并且分别进行转发透明桥带来的问题广播风暴(2)Segment 1Segment 2Router Y BroadcastSwitch ASwitch BServer/host X 交换机A会再次收到来自交换机B的相同的广播包，同样B会收到来自A的相同的包透明桥带来的问题广播风暴(3)Segment 1Segment 2Server/host XRouter Y BroadcastSwitch ASwitch B 广播包在该网络中不断被重复转发，占据网络带宽，导致正常数据不能被转发，这种现象称为“广播风暴”。透明桥带来的问题帧的重复复制(1)Segment 1Segment

3、 2Router Y UnicastSwitch ASwitch B Host X 发送一个单播帧到 Router Y 任何一台交换机都没有学到过Host X的MAC地址Server/host X透明桥带来的问题帧的重复复制(2)Segment 1Segment 2Server/host XRouter Y UnicastSwitch ASwitch B Unicast Unicast Router Y 收到两个完全一样的重复帧透明桥带来的问题MAC不稳定(1)Segment 1Server/host XRouter Y Unicast UnicastSwitch A Switch BPort

4、 0Port 1Port 0Port 1 Host X发送一个单播帧到 Router Y 任何一台交换机都没有学到过Host X的MAC地址 Switch A 和 B 从各自的port 0学到Host X的MAC地址透明桥带来的问题MAC不稳定(2)Segment 1Segment 2Router Y Unicast UnicastSwitch ASwitch BPort 0Port 1Port 0Port 1 该帧被洪泛(Flooding)转发 Switch A 和 B 错误的从Port 1学到Host X的MAC地址 生成树协议能够发现并自动消除冗余网络拓扑中的环路。Blockx生成树的产

5、生 应该如何解决交换机环路带来的这些问题？课程内容交换机的工作原理及STP的产生STP协议原理RSTP/MSTP协议原理STP的基本原理(1)f2b3f3b2f4b5f5b4f4b5f5b4接入层VLANs:23234545f =forwardingb=blockingf2 f3汇聚层DSW 1 Link ALink BDSW 2STP的基本原理(2)基本思想：在网桥之间传递特殊的消息（配置消息，也称作BPDU消息），包含足够的信息做以下工作： 从网络中的所有网桥中，选出一个作为根网桥(Root) 计算本网桥到根网桥的最短路径 对每个LAN，选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥，负责所在LAN

6、上的数据转发 网桥选择一个根端口，该端口给出的路径是此网桥到根桥的最佳路径选择 确定除根端口之外的包含于生成树上的端口(指定端口)BPDU的帧格式DMALLC HeaderSMAL/TPayloadBPDU：Bridge Protocol Data UnitDMA: 目的MAC地址配置消息的目的地址, 固定的组播地址:0 x0180c2000000SMA: 源MAC地址即发送该配置消息的桥MAC地址L/T: 帧长LLC Header: 配置消息固定的链路头Payload: BPDU数据BPDU 的作用选举根桥检测发生环路的位置阻止环路的发生通告网络状态的改变监控生成树的状态BPDU报文的处理将

7、各个端口收到的配置消息和自己的配置消息做比较，得出最优的配置消息：选择根网桥RootID：最优配置消息的RootID计算到根桥的最短路径开销RootPathCost：如果自己是根桥，则最短路径开销为0，否则为它所收到的最优配置消息的RootPathCost与收到该配置消息的端口开销之和选择根端口RootPort：如果自己是根桥，则根端口为0，否则根端口为收到最优配置消息的那个端口选择指定端口：包括在生成树上处于转发状态的其它端口更新自己的配置消息，从指定端口发送新的配置消息如何确定最优的配置消息1.比较根ID (RootID)2.比较到达根的距离 (RootPathCost)3.比较指定网桥I

8、D (Designated BridgeID)4.比较端口ID (PortID)配置消息的优先级比较原则：Switch Y缺省优先级 32768 (8000 hex)MAC 0c Switch X缺省优先级 32768 (8000 hex) MAC 0c BPDUBPDU = Bridge Protocol Data Unit 桥接协议数据单元(缺省每2秒种发送)Root bridge = 有最低BridgeID的交换机Bridge ID = 桥优先级 + 桥 MAC 地址在本例中, 哪台交换机有最低桥ID？STP根的选择 RootPathCost = 离根的距离在本例中, 哪条路径将会被阻塞

9、？STP路径选择 100101020 xRootACBSTP指定交换机的选择 100A网段100Switch C缺省优先级 32768 (8000 hex) MAC 0c Switch B缺省优先级 32768 (8000 hex)MAC 0c DesignatedBridge ID = 有最低桥ID的交换机Bridge ID = 桥优先级 + 桥 MAC 地址在本例中, 哪台交换机负责向A网段转发数据？RootCBA100100Designated ID = 有最低Port ID的端口Port ID = 端口优先级 + 端口Index在本例中, 哪个端口会被阻塞？端口1缺省优先级 128 端

10、口2缺省优先级 128 端口1端口2BARootSTP指定端口的选择课程内容交换机的工作原理及STP的产生STP协议原理RSTP/MSTP协议原理单生成树的缺点交换机A和D之间的链路不承载任何的流量ADCBMSTP的优点(1)运行MSTP之后，在交换机A上可以基于VLAN来阻断或者开放转发资源ABADCBVLAN 3VLAN 2MSTP的优点(2)承载VLAN 2 的拓扑承载VLAN 3 的拓扑ABADCBABADCBMSTP中的基本概念(1)Region 1Region 2Region 3Region 4CSTVLAN mapping:VLAN 3 to Instance 3VLAN 5 t

11、o Instance 5VLAN others to ISTVLAN mapping:VLAN 2 to Instance 2VLAN 4 to Instance 4VLAN others to ISTVLAN mapping:VLAN 2 to Instance 2VLAN 3 to Instance 3VLAN others to ISTVLAN mapping:VLAN 4 to Instance 4VLAN 5 to Instance 5VLAN others to ISTISTRegion ROOTMSTICIST ROOTIST MasterMSTP中的基本概念(2)MSTI 多生

12、成树实例(Multiple spanning tree instance)每个实例对应一个或一组VLAN每个VLAN只能对应一个实例(映射)每个交换机可以运行多个实例(MSTID:1-16)没有配置VLAN与实例的映射关系时，所有VLAN映射到实例0实例是“MST域” 内的概念MSTP中的基本概念(3)MSTI 多生成树实例(Multiple spanning tree instance)每个实例上分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

13、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MSTP中的基本概念(4)MST区域（MST region）每一个MST区域由一个或几个具有相同MST 配置 ID（MCID） 的相连网桥组成，它们启用相同的多个实例。用户可以通过MSTP配置命令把多台具有相同特征的交换机划分在同一个MST域内。也就是MST域（Multiple Spanning Tree Regions，多生成树域）。MSTP中的基本概念(5)MST 配置 ID（MCID）用于判断不同的MST桥是否属于相同的MST域由四部分组成：Format Selector ：0（无需配置）Configuration Name ：3

14、2字节长字符串（桥MAC）Revision Level：2字节非负整数（0）Configuration Digest：利用HMAC-MD5算法将域 中VLAN和实例的映射关系加密成16字节的摘要MSTP中的基本概念(6)CST公共生成树(Common spanning tree)IST内部生成树(Internal spanning tree)内部生成树是多生成树的一个特殊实例(instance ID= 0)MSTP中的基本概念(7)CIST（Common and internal spanning tree） 公共内部生成树是由所有IST（一棵IST视为一台交换机），STP交换机和RSTP交换

15、机组成的一棵贯穿整个网络的树。总根（CIST Root） 由网络中所有交换机竞选出的优先级最高的交换机成为总根域根（Region Root） 在一个域内拥有相同域配置的MSTP交换机；某一多生成树实例竞选出的优先级最高的交换机成为该生成树实例的域根。MSTP中的BPDU报文格式MSTP的实现原理(1)MSTP将整个二层网络划分为多个MST域，各个域之间通过计算生成CST域内通过计算生成多棵生成树，每棵生成树都被称为是一个MSTIMSTP同RSTP一样，使用配置消息进行生成树的计算，只是配置消息中携带的是交换机上MSTP的配置信息。MSTP的实现原理(2)MSTI的计算在MST域内，MSTP根据VLAN和生成树实例的映射关系，针对不同的VLAN生成不同的生成树实例。每棵生成树独立进行计算，计算过程与STP/RSTP计算生成树的过程类似。CIST生成树的计算经过比较配置消息后，在整个网络中选择一个优先级最高的交换机作为CIST的树根。在每个MST域内MSTP通过计算生成IST；同时MSTP将每个MST域作为单台交换机对待，通过计算在MST域间生成CST。CST和IST构成了整个交换机网络的CIST。STP算法实现部分与SSTP部分相同。MSTP配置命令命令格式 命令模式 命令功能spanning-tree enable|disable 全局 启用或关闭STP协议 spanning-t