网络设备运维 教案 3-3交换机配置-生成树协议

授课标题：情境三交换机配置任务3.3生成树协议STP（1）（2）授课班级课次课时4授课时间授课地点教学目标能力（技能）目标知识目标素质目标思政目标能够对交换机的生成树协议进行配置了解STP产生的背景掌握STP基本工作原理掌握RSTP、PVST和MSTP基本原理培养学生分析判断的能力培养学生逻辑思维的能力培养学生团结协作的能力学习科学家的严谨、勇于创新的精神。理解当代的工匠精神。英语词汇课前训练英语词汇：alternate替代、designated指定、Disabled关闭状态、Blocking堵塞状态、Listening侦听状态、Learning学习状态、Forwarding转发状态、课前准备：教学课件、音视频资料、相关实验软件教学重、难点教学重点：stp基本原理和作用教学难点：stp基本原理思政内容与元素思政内容：• 团队合作与分工协作：在STP生成树，强调团队合作的重要性，引导学生学会分工协作，共同完成任务。• 安全意识与风险管理：通过STP配置的实践，培养学生的安全意识和风险管理能力，确保网络配置的安全性和稳定性。思政元素：• 团队精神：通过团队合作，培养学生的团队协作精神和集体荣誉感。• 风险预防：强调风险预防的重要性，引导学生学会识别潜在风险，制定有效的预防措施。能力训练任务描述及器材准备小李刚刚大学毕业，应聘到一家网络服务公司做网络运维工程师，负责企事业单位网络设备运维的外包服务。负责企事业单位中网络及其外部网络设备的维护、管理、故障排除等日常工作，确保服务的单位网络日常的正常运作。任务描述：生成树协议STP原理和基本配置器材准备：HCL模拟软件等授课步骤教学内容教学方法教学手段学生活动时间安排告知（教学目的）本任务是掌握生成树协议的原理和配置方法教师讲授演示课件演示学生观看2分钟教学内容引入或演示一个局域网中通常由多台交换机互联而成，为了避免广播风暴，需要保证在网络中不出现环路。有就是说，所有链路应该组成一颗无回环的树，既要保证无环路又要链路冗余，生成树协议就实现了这样的功能。教师讲授演示课件演示操作演示学生观看3分钟任务一第一部分生成树协议分析一、生成树产生的背景二层交换网络中，交换机之间通过多条链路互连时，虽然能够提升网络可靠性，但同时也会带来环路问题。产生环路的原因：有冗余链路，交换机的转发行为，环路引起的问题：1.广播风暴：交换机进行泛洪操作（广播帧），环路会引起广播风暴。网络中的主机会收到重复数据帧，对设备性能消耗很大。2.MAC地址表震荡环路会引起MAC地址表震荡。MAC地址表震荡后学习到的覆盖前面学习，表项不断的更新，会致使错误的mac地址表出现，可能导致用户无法进行通信。STP的主要作用：1.消除环路：通过阻塞端口来消除环路。也就是把有回路的网桥修剪成一个无回路的树型拓扑结构。2.链路备份：当活动路径发生故障时，激活备份链路，及时恢复网络连通性。二、生成树协议STPSTP（SpanningTreeProtocol，生成树协议）是用于在局域网中消除数据链路层物理环路的协议。通过在桥之间交换BPDU（BridgeProtocolDataUnit，桥协议数据单元），来保证设备完成生成树的计算过程。1.配置BPDU的生成和传递配置BPDU包含以下重要信息，完成生成树计算根桥ID（RootID）根路径开销（RootPathCost）指定桥ID（DesignatedBridgeID）指定端口ID（DesignatedPortID）各台设备的各个端口在初始时生成以自己为根桥（RootBridge）的配置消息，向外发送自己的配置消息网络收敛后，根桥向外发送配置BPDU，其他的设备对该配置BPDU进行转发第二部分生成树协议工作原理一、名词解释桥ID（brigeID-网桥ID）：网络中每台设备都有自己的桥ID桥ID=桥优先级（默认为）+桥MAC地址————————————————BID（桥ID）：桥ID共64位，由16位的桥优先级与48位的桥MAC地址组成。但是在配置桥ID的时候仅仅可以配置桥优先级（桥MAC地址直接引用，当然可以通过修改MAC地址来修改）并且，桥优先级的低12位是拓展的SystemID，这12位在STP或者RSTP中恒为0，所以实际上桥ID的64位中，可以配置的是桥优先级的高4位。配置的范围是：0000，0000，0000，0000-1111，0000，0000，0000?（0-61440）因为低12位不能变（恒为0）所以每次至少改变1，0000，0000，0000的数值，换算成10进制为4096。————————————————BPDU（桥协议数据单元）中包含：根桥ID根路径开销：简称开销，用来判定到达根桥的距离参数指定桥ID指定端口ID二、先说两条原则：1“小”的优先原则2发送接口不加开销，接收端口加开销三、生成树协议STP选举过程1.选举根网桥或者叫根交换机判断桥ID先看桥优先级，小的优先；桥优先级相同，看桥MAC地址华三查看桥MAC命令：displaydevicemanuinfo#查看序列号2.其余为非根端口3.确定端口的角色根端口(rootportPR)：在每一个非根交换机上，有且只有一个，距离根交换机，最近的端口指定端口(designatedportDP)：在每一个物理段(冲突域)，有且只有一个，距离根交换机，最近的端口替代端口(alternateport)：非指定端口也非根端口的端口。置于阻塞状态，不转发普通以太网数据帧。如果根端口失效，比较后判断是否变为根端口。如何比较呢？再说三个比较顺序1）根路径开销=BPDU（桥协议数据单元）中的开销值（先比较）+接收端口的链路开销值（后比较）2）桥ID=桥优先级（0-61440（65535），4096的倍数，默认值32768）（先比较）+桥MAC地址（后比较）3）端口ID=端口优先级（先比较）+端口索引号（后比较）端口角色确定过程1）根桥上的所有端口为指定端口2）为每个非根桥选择一个根端口3）为每个物理段选出“指定桥”，指定桥到该物理段的端口作为指定端口，负责所在物理段上的数据转发。4）将非根端口和非指定端口设置为替代端口，处于阻塞状态，不转发普通以太网数据帧。端口状态5种：Disabled关闭状态：端口没有开启Blocking堵塞状态：A端口最终状态，仅能接收并处理BPDU不能转发BPDU，也不能转发用户流量。Listening侦听状态：端口角色的选举Learning学习状态：构建MAC地址表项，为了后期转发做铺垫Forwarding转发状态：数据转发端口状态迁移端口被选为指定端口或根端口后，需要从Blocking状态经Listening和Learning才能到Forwarding状态默认的ForwardingDelay时间是15秒生成树的不足端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的ForwardingDelay时间如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁地失去连通性RSTPRSTP（RapidSpanningTreeProtocol，快速生成树协议）是STP协议的优化版RSTP具备STP的所有功能RSTP可以实现快速收敛：在某些情况下，端口进入转发状态的延时大大缩短，从而缩短了网络最终达到拓扑稳定所需要的时间。RSTP的改进STP、RSTP的问题Trunk链路上实际上运行着多个VLAN所有VLAN共用一棵生成树无法实现不同VLAN在多条Trunk链路上的负载分担PVSTPVST（PerVLANSpanningTree）每个VLAN上运行一个STP或RSTP协议，不同VLAN之间的生成树完全独立。在多条Trunk链路上实现单VLAN级负载分担MSTPMSTP（MultipleSpanningTreeProtocol，多生成树协议）将多个VLAN捆绑到一个实例，每个实例生成独立的生成树在多条Trunk链路上实现VLAN级负载分担四种生成树协议特性的比较MSTP、PVST具有RSTP的快速收敛，同时又具有负载分担机制MSTP兼容STP和RSTP教师演示操作演示学生观看55分钟训练一案例分析生成树协议各端口角色。学生操作学生操作教师辅导实际操作40分钟任务二STP基本配置开启设备STP特性[Switch]stpglobalenable关闭端口的STP特性[Switch-Ethernet1/0/1]undostpenable配置STP的工作模式[Switch]stpmode{stp|rstp|pvst|mstp}配置当前设备的优先级[Switch]stp[instanceinstance-id]prioritypriority配置端口为边缘端口[Switch-Ethernet1/0/1]stpedged-port教师演示操作演示学生观看20分钟训练二实验2.4.1分析STP配置根网桥学生操作学生操作教师辅导实际操作35分钟任务考核评价标准根据任务实验要求评价学生操作学生操作教师辅导网络作业2分钟教学内容总结、归纳本任务学习了生成树协议的原理和配置方法。教师讲授演