04 提高交换式网络的可靠性

04提高交换式网络的可靠性学习冗余技术基本知识01冗余技术产生的问题冗余技术问题增加冗余链路提升网络可靠性，但交换机工作方式可能导致网络瘫痪，需控制缺陷。冗余技术产生的问题：广播风暴广播技术简介

广播风暴原理一台节点广播数据，沿途设备转发至所有节点，导致网络拥堵，影响点对点通信，当广播包占比达30%，网络性能显著下降，严重时可致网络瘫痪。

广播风暴影响广播包数量随网络规模增大而激增，未加限制，网络资源被大量占用，降低传输效率，妨碍正常通信，最终可能引发网络性能大幅下滑或完全失效。冗余技术产生的问题：广播风暴广播风暴的影响交换式网络出现环路，广播信息易在环路中不停转发，无特殊配置易引发广播风暴，甚至导致网络瘫痪。冗余技术产生的问题

MAC地址表不稳定交换网络出现环路，导致各端口接收相同目的MAC地址信息，MAC地址表无法稳定保存、不断变化，占用交换机大量运算资源，使网络整体运行效率下降。

多帧复制交换环路时，数据从用户节点发出后，其他交换机从不同端口多次接收并转发相同数据，致目标用户接收重复信息，可能导致数据出错。应对环路问题的措施

应对环路问题的措施采用STP协议，逻辑阻塞部分端口，形成分支结构，避免环路影响，提高网络冗余性。

STP协议发展随网络复杂度提升，STP协议不断演进，包括RSTP、MSTP等，适应更复杂环境，增强网络稳定性。应对环路问题的措施：生成树概述

01生成树协议原理生成树协议主要目的是解决冗余链路形成的环路问题，通过将环路改造为从主干到树叶仅一条路径的树。02生成树协议运作机制生成树协议阻塞备份链路防环路，主链路故障时自动打开备份链路，无需人工干预快速切换保障网络稳定。应对环路问题的措施：生成树概述生成树协议默认设置与人工干预

生成树默认状态交换机默认启用生成树，防止环路自动生成，无需额外配置。

生成树人工干预需手动配置保留关键连接，如核心交换机间线路，确保网络优化与数据交换效率。应对环路问题的措施：生成树工作原理

生成树工作原理通过BPDU交换信息，确定根桥，计算最短路径，避免环路。

BPDU关键数据包含根桥ID、根路径成本、桥ID、端口ID，用于路径计算。应对环路问题的措施：生成树工作原理

桥ID桥ID由两部分组成：交换机优先级和交换机MAC地址，如图4-5所示，交换机优先级默认为32768。

端口ID运行STP交换机的每个端口都有端口ID，由端口优先级和端口号构成。端口优先级取值0到240，步长16，缺省为128。应对环路问题的措施：生成树工作原理根路径开销（RootpathCost）

RootpathCost值表示非根桥到根桥的路径成本，数值越小成本越低，由路径带宽决定，随技术发展调整。

Cost值与带宽关系10Gbps开销2000，1Gbps开销20000，100Mbps开销200000，10Mbps开销2000000，体现带宽越大Cost值越小。应对环路问题的措施：生成树工作原理端口状态

01生成树端口状态阻塞仅收BPDU，侦听选根桥，学习建MAC表，转发处理数据，禁用不处理BPDU。

02生成树作用通过管理端口状态，避免网络环路，确保数据帧有效传输，维护网络稳定。应对环路问题的措施：生成树的产生过程

生成树选举选举根桥，非根交换机选根端口，每网段选指定端口，阻塞非根非指定端口。

过程详解详细阐述选举过程与端口状态，确保网络无环路，提高数据传输效率。应对环路问题的措施：生成树的产生过程选择根桥

生成树产生过程交换机默认自认为根桥，通过BPDU报文比较桥ID，优先级低的继续通告，高的修改BPDU报文，宣告新根桥。

桥ID构成与作用桥ID由桥优先级和MAC地址构成，优先级可配置，默认32768，优先级或MAC地址小的设备成为根桥。应对环路问题的措施：生成树的产生过程选择根端口

根端口选举依据根路径开销、对端BID、PID及本端PID，开销最小为根端口，同开销选小BID，同BID选小PID，同PID选本PID小。根桥特性根桥所有端口为指定端口，无根端口。应对环路问题的措施：生成树的产生过程选择指定端口

生成树指定端口网段唯一转发状态端口，根桥所有端口皆指定，确保每段单向传输。

指定端口选举规则优先比根路径开销，次之桥ID，最后端口ID，逐级决出最小值胜选。应对环路问题的措施：生成树的产生过程其他端口网络收敛后，其他端口为预备端口被阻塞，不能转发数据，只能接收BPDU报文并监视链路状态。调整生成树02学习情境

学习情境王师傅指导小张运用生成树协议命令，调整参数，指定根桥，定制生成树结构。

下一阶段任务小张需实践生成树配置，通过命令调整，实现指定交换机为根桥的目标。子任务1调整根桥

调整根桥利用图4-8网络拓扑，通过调整桥ID，指定S1为高性能三层交换机作为根桥，读者需按自建拓扑MAC地址配置测试。子任务1调整根桥

开启STP华为交换机默认MSTP，需改为传统STP模式。配置命令：[S1]stpenable（启用STP）、[S1]stpmodestp（设为STP），其他交换机同此配置。子任务1调整根桥：判断根桥

选举根桥原则交换机依据BPDU中的桥ID选举根桥，桥ID由优先级和MAC地址组成，默认优先级32768时比较MAC地址，MAC地址最小者为根桥。子任务1调整根桥：判断根桥查看S1生成树信息

调整根桥通过"displaystp"查看S1生成树信息，对比桥ID，确认S4为根桥，其至根桥开销20000，对应1Gbps带宽。

根桥判断依据若CISTBridge与CISTRootMAC地址不同，表明非根桥；通过MAC地址与图4-8比对，确定S4为根桥。子任务1调整根桥：判断根桥查看S4生成树信息查看S4生成树信息，其RootID与BridgeID一致，可判断S4为根桥，此为利用桥ID判断根桥的方法。查看摘要信息利用命令“displaystpbrief”可查看交换机生成树摘要信息，如交换机S1有两个端口参与生成树，g0/0/24为根端口，g0/0/1为指定端口。子任务1调整根桥：更换根桥确定根桥方法一

S1优先值调整将S1优先值设为0，低于默认32768，须为4096倍数。

S1生成树信息显示S1为根桥，ID：0.4c1f-ccf7-0cd0，验证优先值为0。子任务1调整根桥：更换根桥确定根桥方法二

S1根桥调整S1使用stprootprimary直接指定为主根桥，简化优先值计算。S2备份根桥设定S2配置stprootsecondary，自动成为S1故障时的替代根桥，增强网络稳定性。子任务2调整根端口调整根端口方法修改路径成本，增大S3的E0/0/1端口Cost值至250000，使E0/0/5成为根端口。验证根端口调整执行displaystpbrief，确认S3的E0/0/5端口状态变更为ROOT及FORWARDING，完成根端口调整。子任务2调整根端口：方法2修改发送网桥ID修改桥ID调整根端口修改端口所连交换机桥ID调整根端口，需小于另一交换机桥ID，先查看根桥桥ID，还原Cost值。子任务2调整根端口：方法2修改发送网桥ID修改交换机S2优先值修改交换机S2优先值S2的STP优先级设为28672，促使S3重新计算根端口。查看S3生成树状态S3的E0/0/5端口状态变更为ROOT，表明已成功转换为根端口。子任务3指定端口的选择：指定端口选择规则

参与生成树运算的端口交换机上生成树运算中，根端口和指定端口可转发用户数据。非根桥有一个根端口，其余转发状态的为指定端口；根桥所有端口都是指定端口；两台非根桥相连的端口必有一个指定端口。

指定端口的选择规则指定端口选择规则：先比较非根交换机去往根桥的Cost值，再比较交换机网桥ID值，最后比较端口ID值，值越小越优先，满足即止。子任务3指定端口的选择：指定端口实例分析指定端口选择原则

交换机S1为根桥，S2和S4间链路需选指定端口，说明其调整。子任务3指定端口的选择：指定端口实例分析比较端口Cost值

指定端口实例分析首条规则对比S2E0/0/3与S4E0/0/2端口至根桥Cost值，因相等，未决；次条规则比对S2与S4桥ID，S4桥ID更小，故S4E0/0/2成指定端口，处转发态。

端口状态经两步判定，S4的E0/0/2端口被选为指定端口，确保数据有效传输，处于转发状态。子任务3指定端口的选择：指定端口实例分析

查看生成树信息确认下面可以通过查看S2和S4的生成树信息来确定。子任务3指定端口的选择：查看生成树信息STP端口状态概览

查看生成树信息Ethernet0/0/3为替代端口，状态DISCARDING；Ethernet0/0/11为指定端口，状态FORWARDING；GigabitEthernet0/0/2为根端口，状态FORWARDING，均无保护措施。子任务3指定端口的选择：查看生成树信息阻塞状态端口解析e0/0/3角色为“ALTE”，状态为“DISCARDING”，是阻塞状态的替代端口，不会转发数据。子任务3指定端口的选择：调整指定端口

调整S4根路径开销增加S4根路径开销可使S2的E0/0/3为指定端口，S4的E0/0/2为替代端口，通过增加S4根端口G0/0/1开销值实现。

修改S4端口开销值进入S4的GigabitEthernet0/0/1接口，通过stpcost命令将端口开销值从默认20000修改为20001。子任务3指定端口的选择：调整指定端口查看S2的STP摘要信息

S2STP摘要E0/0/3端口已成指定端口，处于转发状态，无保护策略。

S2其他端口状态E0/0/11和G0/0/2也为指定端口，均在转发状态，无保护策略。提高生成树运行效率03提高生成树运行效率的方法：快速生成树协议（RSTP）生成树协议（STP）的缺陷

快速生成树协议(RSTP)特点引入替换端口与备份端口，故障时即时切换，无需重算，两端设备均用RSTP，链路故障即时通信，非点对点连接按802.1d等待。RSTP优化点对点连接点对点连接下，两交换机端口一次协商即刻转发，多交换机共享线路则遵循802.1d模式等待。边缘端口概念与终端用户相连的端口定义为边缘端口，跳过等待，直接进入转发状态。提高生成树运行效率的方法：快速生成树协议（RSTP）

快速生成树端口状态快速生成树端口状态：丢弃（拓扑稳定后阻塞防环）、学习（拓扑过程中学习MAC）、转发（拓扑稳定后转发数据）

快速生成树端口角色根端口：非根网桥到达根交换机最短路径的端口。指定端口：LAN数据帧到达根交换机的端口。替代端口：非根交换机上替代故障指定端口转发数据的端口。备份端口：备份根端口且ID大于交换机指定端口ID的端口。禁用端口：RSTP工作时关闭的端口。

快速生成树兼容性RSTP与STP完全兼容，RSTP根据收到的BPDU版本号自动判断相连交换机支持STP还是RSTP。提高生成树运行效率的方法交换机的边缘端口连接终端设备的交换机端口默认参与生成树运算，接入需近50s。设为边缘端口可直接从阻塞转到转发状态，提高接入速度。提高生成树运行效率的实施

学习情境小张发现计算机连交换机端口需几十秒转发，经王师傅指导，用边缘端口和快速生成树协议提高接入速度与交换机效率，并配置验证。提高生成树运行效率的实施：操作过程

搭建网络拓扑网络拓扑如图4-10所示，请读者根据拓扑图在模拟器上搭建网络拓扑。

在交换机上配置RSTP需在每台交换机上配置RSTP，配置命令为[S1]stpmoderstp、[S2]stpmoderstp、[S3]stpmoderstp。提高生成树运行效率的实施：操作过程查看生成树信息

实施RSTP提高效率交换机S1启用RSTP，缩短收敛时间，优化STP性能，端口快速进入转发状态，提升网络效率。

观察RSTP效果通过重启S1，监控端口LED变化，验证RSTP使端口加速至转发模式，增强网络动态适应性。提高生成树运行效率的实施：操作过程配置边缘端口

01提高生成树运行效率配置边缘端口，如S1的Ethernet0/0/5，通过stpedged-portenable命令，实现快速接入，减少延迟。

02操作验证拔插连接线缆，观察端口指示灯变绿，确认边缘端口立即进入转发状态，提升网络接入速度。提高交换机之间的传输性能04基本知识

链路聚合技术解决生成树协议限制,多链路组合成高带宽逻辑链路,提升传输速度,保障网络冗余。

链路聚合原理基于IEEE802.3ad标准,逻辑组合多条物理链路,实现带宽增加,支持负载均衡与故障冗余。基本知识：链路聚合模式

手工负载均衡模式手工负载均衡模式由手工配置建立聚合、加入成员接口，无协议参与，活动链路均担流量，故障时剩余链路自动均担流量。

静态LACP模式静态LACP模式中，链路两端设备互发LACP报文协商聚合参数，确定活动与非活动端口，需手动创建聚合端口并添加成员端口。

两种模式的区别静态LACP模式中部分链路为备份链路，手工负载均衡模式中所有成员端口处于转发状态。基本知识

链路聚合使用注意点聚合链路端口速率需一致，二三层端口分别聚合，最多8个端口，需为hybrid端口，端口加入后链路学MAC，端口仅入一个聚合链路，删除需无端口。

负载均衡模式根据源/目的MAC地址、源/目的IP地址，及VLAN、源物理端口对L2、IPv4、IPv6、MPLS报文进行负载均衡。利用链路聚合提高传输性能学习情境小张发现交换机多条线缆相连，王师傅解释为提高传输带宽，介绍链路聚合并安排学习实践。利用链路聚合提高传输性能：操作过程搭建网络拓扑链路聚合拓扑如图4-12所示，请读者根据拓扑图在模拟器上搭建网络拓扑。利用链路聚合提高