网络通信技术应用 课件 2.6 交换机冗余链路技术

交换机冗余链路技术交换机冗余链路技术交换机冗余链路与问题生成树协议与链路聚合思科交换机冗余链路技术华为交换机冗余链路技术作业七实验6一、交换机冗余链路与问题1.交换机冗余链路为了提高网络的可靠性，有人将1台交换机(SW)换成2台交换机(SW1,SW2)，如图2-6-1(a)(b)所示，这时两主机之间的通信链路也由1条变为了2条（L1、L2）；或者将2台交换机(SW1,SW2)换成3台交换机(SW1,SW2,SW3)，从PC1或PC2到Server的通信链路也由1条（L1）变为了2条（L1、L2-L3）。这就形成了冗余链路。链路冗余——将1条链路变为2条或多条链路，是为了当一条链路失效（因故断开）以后，数据可以从另一条链路传输，从而确保网络数据传输的可靠性。一、交换机冗余链路与问题2.交换机冗余链路的问题有了链路冗余以后，网络中会形成一个或多个环路，网络环路会产生什么问题？由于交换机链路是广播式以太网链路，当链路中有广播帧时，会在网络环路中被交换机循环广播、产生广播风暴（如图2-6-2所示），广播风暴可以使网络内交换机短时间崩溃、死机；即使单播帧，在环型链路内也会被重复传输；环型链路的存在还会使得交换机的MAC地址表（交换表）不稳定，其内容反复变换。严重影响网络正常运行。所以，交换机冗余链路产生的主要问题有：（1）广播风暴、（2）非广播帧重复传输、（3）交换机MAC地址表不稳定。为了解决交换机冗余链路的这些问题，就要采用生成树协议。二、生成树协议与链路聚合1.生成树协议（STP）生成树协议（spanning-treeprotocol，STP）具体来说是IEEE802.1d协议。生成树协议的作用是为了提供冗余链路的同时，解决网络环路中的问题。生成树协议是通过SPA（生成树算法），在有环路的交换机物理网络中生成一个没有环路的逻辑树型网络，当主要链路出现故障时，能够自动切换到备份链路，保证网络正常通信。将物理环型网络生成没有环路的逻辑树型网络的实质，是通过STP程序自动将交换机的某一个（或一些）端口shutdown，达到使某条链路软断开的目的；当需要这条链路时，再通过STP程序自动激活这个接口（noshutdown），从而恢复这一条链路。如图2-6-3、2-6-4所示。二、生成树协议与链路聚合生成树协议的发展分成三代：第一代生成树协议STP；第二代生成树协议RSTP；第三代生成树协议MSTP。生成树协议基于以下三点：①有一个唯一的组播MAC地址（01-80-C2-00-00-00），用于标识一个特定LAN上的所有的交换机。这个组地址能被所有交换机识别。②每个交换机有一个唯一的桥ID（BridgeIdentifier），这个桥标识符由优先级和交换机MAC地址组成。③每个交换机的端口有一个唯一的端口ID（PortIdentifier），端口标识有端口优先级和端口序号组成。含有STP协议的BPDU（BridgeProtocolDataUnit，网桥协议数据单元）的以太帧如图2-6-5所示，BPDU各字段的含义如图2-6-6所示。二、生成树协议与链路聚合生成树工作机制与流程：（1）在网络中选择了一个交换机为根交换机(RootBridge，根桥)；(根交换机的端口要么为指定端口要么阻塞)（2）每个交换机都计算出了到根交换机的最短路径；（3）所有非根交换机都要有一个根口，即此交换机到达根交换机最短路径的端口,其余端口为指定端口或阻塞；（4）为每个LAN都确定一个指定交换机（DesignatedBridge），位于该LAN与根交换机之间的最短路径中。指定交换机和LAN相连的端口称为指定端口（Designatedport）；（5）每一台交换机的根口(Rootport)和指定端口进入转发(Forwarding)状态；（6）交换机的其他冗余端口就处于阻塞状态（Blocking或Discarding）二、生成树协议与链路聚合根交换机的选择：经交换机互相PK，选择BridgeID最小的交换机为根交换机；BridgeID由交换机优先级和Mac地址组合而成；交换机优先级和Mac地址越小则BridgeID越小。思科交换机默认优先级:32769，华为交换机和锐捷交换机默认优先级:32768，可以用命令修改优先级。非根交换机要选择一个根口，需要比较从不同端到达根交换机的最短路径：（1）比较本交换机到达根交换机路径的开销，选择开销最小路径的端口；（2）如果路径开销相同，则比较发送BPDU交换机的BridgeID，找BridgeID较小的；（3）如果发送者BridgeID相同，即同一台交换机，则比较发送端口portID较小的；（4）如果发送者PortID相同，则比较接收者的portID。二、生成树协议与链路聚合生成树协议下,交换机的端口有Block(阻塞)、listening(监听)、learning(学习)和forward(转发)共4种状态，如图2-6-7所示。生成树经过一段时间（默认值是50秒左右）稳定之后，所有端口要么进入转发状态，要么进入阻塞状态。二、生成树协议与链路聚合快速生成树协议RSTP（RapidSpannningTreeProtocol）协议标准为IEEE802.1w。RSTP协议在STP协议基础上做了三点重要改进，使得收敛速度快得多（最快1秒以内）。第一点：为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口（AlternatePort）和备份端口（BackupPort）两种角色，当根端口/指定端口失效的情况下，替换端口/备份端口就会无时延地进入转发状态。第二点：在只连接了两个交换端口的点对点链路中，指定端口只需与下游交换机进行一次握手就可以无时延地进入转发状态。第三点：直接与终端相连而不是把其他交换机相连的端口定义为边缘端口（EdgePort）。边缘端口可以直接进入转发状态，不需任何延时。

多生成树协议MSTP（MultipleSpannningTreeProtocol），协议标准是IEEE802.1s。当交换机网络中有多个VLAN时，每一个VLAN范围运行独立的生成树（IST，internalspanning-tree），于是交换机里就有多个生成树。二、生成树协议与链路聚合2.交换机链路聚合以太网交换机的端口带宽大多是100Mbps或1Gbps，交换机与交换机连接时100Mbps或1Gbps的链路带宽常常不够使用。而交换机的端口较多，可以将交换机的几个端口合成一个虚拟的聚合端口。如果相互连接的两台交换机都采用这种端口的聚合，相互连接的多条链路便聚合为一条逻辑链路了。交换机链路聚合（LinkAggregate）：是将两台交换机上的多个端口（连续的偶数个端口）在物理上分别连接起来，在每台交换机上将这些端口在逻辑上捆绑在一起，多条线路的链路形成一个更大宽带的逻辑聚合链路。交换机链路聚合采用IEEE802.3ad协议，该标准定义了如何将两个以上的以太网链路组合起来为高带宽网络链路，实现负载共享、负载平衡以及提供更高的可靠性。二、生成树协议与链路聚合IEEE802.3ad协议的主要优点：①链路聚合技术（端口聚合）增加了逻辑链路的带宽。②聚合链路的可靠性高。③链路聚合标准在点到点链路上提供了固有的、自动的冗余性。④

聚合链路自动进行流量均衡，Aggregateport(AP，聚合端口)根据报文的源MAC地址、目的MAC地址或IP地址进行流量平衡，即把流量平均地分配到AP的成员链路中去。三层交换机可以做链路聚合，二层交换机也可以链路聚合，如图2-6-8(a)(b)所示。三、思科交换机冗余链路技术1.思科（锐捷）生成树技术只有当几台交换机连接成有环路（有冗余链路）的网络时，才需要在每一台交换机启用生成树(STP)协议。STP协议约定不同带宽链路的开销值不相同。思科（锐捷）规定：10Mbps带宽链路的开销值为100;100Mbps带宽链路的开销值为19;1Gbps带宽链路的开销值为4;10Gbps带宽链路的开销值为2。三、思科交换机冗余链路技术（1）思科交换机生成树协议的主要配置命令（全局模式）。spanning-treemode

pvst/rapid-pvst//启动STP协议，选类型pvst或rapid-pvst，Spanning-treeportfastdefaultspanning-tree

vlan1,3-5priorityxxx//指定交换机的STP优先级，1,3-5是vlanid号，xxx优先级0-61440,优先级的值为0或4096的倍数、共16个、缺省32769，用

no

spanning-treepriority命令恢复到缺省值。spanning-tree

vlan1,3-5rootprimary/secondary

//指定本交换机是根桥或备用根桥//指定交换机的STP优先级(按vlan)，交换机端口的STP优先级（接口模式）

spanning-treevlan1,3-5port-priority<0-240>//端口优先级（按vlan）指定0-240（16的倍数、共16个)，缺省值128。如果要恢复到缺省值，可用nospanning-treeport-priority配置命令。三、思科交换机冗余链路技术显示STP信息的命令（特权模式）showspanning-tree//显示交换机生成树的状态showspanning-treeinterx/x//显示交换机接口的STP状态只有第一条命令是必须的，其它命令为可选配置命令。在思科交换机组成的冗余链路网络中，简单配置STP协议时，每一台交换机上（全局模式）执行以下命令即可。Spanning-treemodepvst例如，在如下所示交换机网络中，启用生成树协议。三、思科交换机冗余链路技术只要在每一台交换机（全局模式）执行下述命令：Spanning-treemodepvst交换机上就运行了STP生成树协议。PC0与PC1、PC2能相互ping通。在Switch2和Switch1上用showspan(或showSpanning-tree)，即可查看到STP的信息，如图2-6-10(a)(b)所示。三、思科交换机冗余链路技术下面来解读showspan查看到的STP信息。从图2-6-10(a)可以看到交换机Switch2的以下STP信息。交换机Switch2的BridgeID为：3276900E0.A35C.01B1

本网络的根桥ID(RootID)为：32769000A.41D7.A373本交换机三个端口的主要信息如下：

端口名

端口角色

端口状态

端口开销值

端口优先级fa0/1

Root

FWD19128.1fa0/3

Altn

BLK

19

128.3fa0/5

Desg

FWD

19

128.5因此，交换机Switch2不是根桥，Switch2的fa0/1接口是根口(root)、处于转发(FWD)状态、端口开销19(100Mbps带宽)，fa0/5接口是指定接口(Desg)、处于转发(FWD)状态、端口开销19(100Mbps带宽)，fa0/3接口角色未定(Altn)、处于阻塞(BLK)状态、端口开销19(100Mbps带宽)。可见，非根交换机一定有一个根口（Rootport）。三、思科交换机冗余链路技术从图2-6-10(b)可以看到交换机Switch1的以下STP信息。交换机Switch1的BridgeID为：32769000A.41D7.A373

本网络的根桥ID(RootID)为：32769000A.41D7.A373本交换机的三个端口的主要信息如下：

端口名

端口角色

端口状态

端口开销值

端口优先级fa0/1

Desg

FWD

19

128.1fa0/2

Desg

FWD

19

128.2fa0/5

Desg

FWD

19

128.5因此，交换机Switch1是根桥（本BridgeID与RootID相同），Switch1的fa0/1接口、fa0/2接口和fa0/5接口的角色都是指定接口(Desg)、都处于转发(FWD)状态、端口开销都是19(100Mbps带宽)。可见，根交换机的接口全是指定接口(Desg)，根交换机没有根口（Rootport）。三、思科交换机冗余链路技术（2）锐捷交换机生成树协议的配置命令（全局模式）

spanning-tree

//启用生成树协议。nospanning-tree是关闭SpanningTree协议。

spanning-treemode

stp/rstp//选择生成树协议类型stp/rstp，

spanning-treepriority<0-61440>//设计交换机的STP优先级，优先级的值为0或4096的倍数、共16个、缺省32768，则用no

spanning-treepriority命令恢复到缺省值。交换机STP端口优先级（接口模式）

spanning-treeport-priority

<0-240>//端口优先级值为“0”或“16”的倍数、共16个、缺省128。如果要恢复到缺省值，可用nospanning-treeport-priority配置命令。三、思科交换机冗余链路技术STP、RSTP信息显示（特权模式）show

spanning-tree//显示交换机生成树的状态showspanning-treeinterfacefa0/1//显示交换机接口的STP状态只有第一、二条命令是必须的，其它配置命令为可选命令。在锐捷交换机组成的冗余链路网络中，采用简单STP配置时，每一台交换机上（全局模式）执行以下命令即可。Spanning-treeSpanning-treemoderstp三、思科交换机冗余链路技术2.思科（锐捷）链路聚合技术（1）思科交换机端口聚合命令（全局模式）interfaceport-channel

n

//创建虚拟聚合端口n,n为正整数，进入接口模式switchmode

trunk|access

//将交换机虚拟聚合端口指定为access或trunk端口switchtrunk

allowed

vlan…|access

vlan….

//为聚合端口指定VLANid号interrange

?/?-?//进入连续偶数个接口channel-groupnmode

on|active

//把这些实际的接口与虚拟聚合端口n绑定三、思科交换机冗余链路技术思科（锐捷）交换机配置port-channel的注意事项①组端口必须为连续的且偶数个端口；②组端口的速度必须一致；③组端口必须属于相同的VLAN；

④组端口使用的传输介质相同；⑤组端口必须属于同一层次，并与虚拟聚合端口也要在同一层次。⑥虚拟聚合端口既可以设置为access端口，也可以设置为trunk端口。实际应用时往往将三层交换机的虚拟聚合端口设置为access端口，将二层交换机的虚拟聚合端口大多设置为trunk端口。查看虚拟聚合端口的命令：showetherchannelport-channel三、思科交换机冗余链路技术例如，将两台思科二层交换机Switch1与Switch2的fa0/21-24连接起来，并聚合为trunk性质的虚拟端口（channel-group2）。Switch1与Switch2下各有2台主机（分别属于VLAN10,VLAN20）。三、思科交换机冗余链路技术Switch1的配置命令如下（全局模式）：vlan10vlna20intfa0/1switchaccvlan10intfa0/2switchaccvlan20exitintport-channel2switchmodetrunkswitchtrunkallowedvlan10,20exitintrangefa0/21-24channel-group2modeonSwitch2的配置命令相同。

用showetherchannelport-channel可查看虚拟聚合端口的详情。然后，让PC1pingPC3(同属于VLAN10)、PC2pingPC4(同属于VLAN30)，同一个VLAN内的主机通信都成功，如图2-6-12所示。三、思科交换机冗余链路技术（2）锐捷交换机端口聚合命令（全局模式）interfaceaggregateport

group-number//第一步，创建虚拟聚合端口group-number（正整数）switchmodetrunk|access

//为虚拟聚合端口指定access或trunk类型switchtrunk

allowedvlan…|access

vlan….//为聚合端口指定VLANid号//第二步，interrange

？/？-

？//进入接口组port-groupgroup-number//为这一组接口指定虚拟聚合端口号，若这个聚合端口group-number不存在，可自动创建switchmodeaccess/trunk

三、思科交换机冗余链路技术锐捷查看端口聚合信息命令（特权模式）

showaggregateportsummary查看聚合端口的流量平衡方式：

show

aggregateportload-balance流量平衡设置Switch(config)#aggregateportload-balance{dst-mac|src-mac|ip}要将AP的流量平衡设置恢复到默认值，可以在全局配置模式下使用命令：noaggregateportload-balance在特权模式下，显示AP(AggregatePort)设置的命令showaggregateport[port-number]{load-balance|summary}三、思科交换机冗余链路技术例如，将锐捷二层交换机SwitchA的fa0/1和fa0/2接口分别与SwitchB的fa0/1和fa0/2接口，使用双绞线互相连接，然后，通过配置命令将其配置为聚合链路。下面是SwitchA配置聚合端口的命令。SwitchA的配置命令（全局模式下）：interaggregateport5//创建虚拟聚合端口AG5switchmodetrunk//配置AG5模式为trunkexitinterrangefa0/1-2port-group5//指定端口fa/01-2属于AG5endshowaggregateport5summary//查看端口聚合组5的信息

交换机SwitchB端口聚合配置命令与SwitchA相同四、华为交换机冗余链路技术1.华为生成树技术STP协议约定不同链路带宽的开销值不同。华为网络技术规定：100Mbps带宽链路的开销值为200000、1Gbps带宽链路的开销值为20000、10Gbps带宽链路的开销值为2000。华为交换机生成树协议的配置命令如下(系统视图)。stpmode

stp|rstp|mstp//设置STP类型stpenable

//启动STP协议stppriority

xxx

//设置交换机STP优先级,xxx:0-61440,4096倍数，默认值32768stprootprimary|secondary

//指定本交换机为主根交换机或备用根交换机stpportpriority

n//指定端口优先级，n:0-240（16的倍数）简单情况下，一般只要配置上述第一、二条命令就可以了四、华为交换机冗余链路技术可以用以下命令查看生成树信息。displaystp//查看STP全部信息或dispstpbrief//查看STP主要信息或dispstpvlann（譬如dispstpvlan1）//查看vlann的STP主要信息例如：下图中三台交换机（LSW1、LSW2、LSW3）与三台主机（PC1、PC2、PC3）连接的环型网络。交换机上启用STP协议。四、华为交换机冗余链路技术每一台交换机上都执行以下命令：stpmoderstp

stpenable在任意一台交换机上执行dispstpvlan1(dispstpbrief)可以看到STP的大致信息。然后，检验PC1与PC2、PC3通信正常(如图2-6-13右图所示)。四、华为交换机冗余链路技术2.华为链路聚合技术华为交换机端口聚合的基本命令如下。（1）创建虚拟聚合端口命令interfaceeth-trunk

n

//系统视图下，创建虚拟聚合端口n、进入虚拟端口视图portlink-type

access|trunk

//设置虚拟聚合端口为

access或trunk端口portdefault

vlan…|trunkallow-passvlan…

//指定虚拟聚合端口允许哪些vlan虚拟聚合端口可以设置为access或trunk类型。三层交换机聚合端口一般设置为access类型，二层交换机虚拟聚合端口既可以设置为access也可以设置为trunk类型。（2）将虚拟聚合端口应用于物理接口interface

?/?//进入某一个物理接口视图eth-trunk

n//将该接口加入虚拟聚合端口n……

//重复以上2条命令，将连续偶数个物理接口与虚拟聚合端口n绑定四、华为交换机冗余链路技术例如：如下2台华为三层交换机（LSW1、LSW2），用网线将双方的g0/0/1-g0/0/6对应接口分别连接在一起，并采用端口聚合技术捆绑在一起（trunk链路）。将LSW1的g0/0/10接口设定为access端口，允许vlan10(intvlan10:192.168.10.1/24)；将LSW2的g0/0/10端口设定为access端口，允许vlan20(intvlan10:192.168.20.1/24)；PC1和PC2的参数如图所示；然后配置静态路由，使PC1和PC2能相互通信并检验捆绑链路的冗余性。四、华为交换机冗余链路技术于是，将三层交换机LSW1作如下配置。

LSW1配置命令:vlan10vlan30intvlan10ipadd192.168.10.124intvlan30ipadd10.1.1.130qintg0/0/10portlink-typeaccportdefaultvlan10inteth-trunk1portlink-typeaccportdefaultvlan30intg0/0/1eth-trunk1intg0/0/2eth-trunk1intg0/0/3eth-trunk1intg0/0/4eth-trunk1intg0/0/5eth-trunk1intg0/0/6eth-trunk1q//返回系统视图，配置静态路由iprout192.168.20.02410.1.1.2四、华为交换机冗余链路技术再将三层交换机LSW2作如下配置。

LSW2配置命令:vlan20vlan30intvlan20ipadd192.168.20.124intvlan30ipadd10.1.1.230quitintg0/0/10portlink-typeaccportdefa