路由和交换技术项目教程 课件 工单3 生成树STP协议

工单3：生成树STP协议知识目标：1、

理解生成树生成过程2、

理解STP、RSTP、MSTP三种生成树方式3、

理解MSTP在负载均衡中的应用能力目标：1、

能够熟练配置交换机STP2、

能够熟练配置交换机RSTP3、

利用MSTP配置冗余链路思政目标：1、

培养同学们团队合作精神和协同能力2、

培养同学们责任感和独立思考能力3、

增强分析和解决问题能力以及针对问题的思考能力公司业务继续发展，员工增多，需要增加办公计算。公司希望在原有基础上，增加两台交换机同原有交换机互联，既增加端口数量，又可以形成冗余，但是这样在二层网络中会出现二层环路。所以，管理员需要再交换机上配置STP（SpanningTreeProtocol）。任务1：生成树协议STP增加两台交换机同公司原有两台交核心换机互联，开启交换机STP功能，实现网络的互联互通。STP概述：STP是由IEEE通过IEEE802.1d的协议，是为了解决链路冗余带来的二层环路而产生的，它使得冗余端口处于“阻塞状态”，保证网络在通信使用过程中只有一条链路活动，当出现故障时，可以将处于“阻塞状态”的端口重新启用，从而保证网络的正常通信。STP术语：桥（Bridge）：通常指的是任意多端口的交换机桥ID（BridgeIdentifier，BID）：桥ID共有8个字节，有两部分组成，前2个字节是桥的优先级，后面6个字节是桥的MAC地址，默认的优先级是32768。桥MAC（BridgeMACAddress）：交换机中，所有端口中编号最小的那个端口的MAC地址，即这个桥的桥MAC地址端口ID（PortIdentifier，PID）：常见有两种方式。PID由2个字节，前1个字节是该端口的优先级，后面1个字节是端口号PID也由2个字节，前4bit是该端口的优先级，后面12bit是该端口的端口号。STP过程STP生成树生成的过程主要由以下四步完成。1、选举根桥根桥是生成树（STP）的根节点，它是整个交换网的逻辑中心，当拓扑发生变化时，根桥也可能发生变化。开启STP交换机后，交换机之间会交换他们的STP协议帧，STP协议帧携带的数据称之为网桥协议数据单元，即BPDU（BridgeProtocolDateUnit），这里面包含于STP相关的信息。选举根桥步骤如下：1）交换机启动之后，会发送自己的BPDU给其他交换机，竞争根桥。2）当交换机收到其他设备的BPDU时，会比较BPDU的BID（桥ID）的大小，其中小的BID为根桥的BID。3）网络中所有设备不断交换BPDU，同时比较BID的值，直到选出BID最小的交换机作为根桥。2、确定根端口根桥选取出来之后，其他的交换机为非根交换机。在实际交换网络中，非根交换机与根交换机通信可能不止一个端口，为了保证它们之间的路径最优，就必须确定一个根端口，其步选举根端口骤如下：1）比较根路径开销PRC（RootPathCost，RPC），开销小的为根端口2）比较上行交换机的桥ID（即BID），BID小的为根端口3）比较发送方的端口ID（即PID），PID小的为根端口其中根路径开销PRC指的是某个交换机的某个端口到根桥的路径开销总和，它与端口速度有关，速度越大，开销越小。3、确定指定端口

指定端口的确定是通过比较根路径开销PRC的大小而定，RPC值小的为指定端口，如果RPC的值相同则比较BID、PID。其中，根桥中只有指定端口。4、阻塞备用端口

确定了根端口和指定端口之后，剩下的就是备用端口，备用端口STP会逻辑上阻塞。备用端口阻塞后，STP生成树就完成了。STP端口状态STP端口一般有五中状态分别是：禁用状态、阻塞状态、侦听状态、学习状态、转发状态。STP交换机的端口初始化时，会从禁用状态进入阻塞状态。在阻塞状态下，端口只能接受和分析BPDU，但不能发送BPDU.如果端口被选为根端口或者指定端口，则进入侦听状态，此时端口可以接受并发送BPDU。如果系统运行正常，则该端口会进入学习状态。处于学习状态的端口可以接受和发送BPDU，同事构建MAC地址表，为转发数据帧做准备，但处于学习状态的端口并不能转发用户的数据帧。然后端口就从学习状态进入转发状态，就可以转发用户数据帧。在这整个过程中，如果端口一旦宕掉或者链路出现故障，就会进入禁用状态；如果端口角色被判定为非根端口或者非指定端口，则其他端口会立即转变为阻塞状态。搭建拓扑启动并配置stp<Huawei>sysnamesw1[sw1]undoinfo-centerenable[sw1]port-groupgroup-memberg0/0/1tog0/0/3[sw1-port-group]portlink-typetrunk[sw1-port-group]porttrunkallow-passvlanall[sw1-port-group]quit

[sw1]stpmodestp[sw1]stpenable[sw1]其他两个设备同样操作。查看stp信息，SW2为根桥。2）更改优先级验证根桥方法1：修改交换机优先级指定根交换机设置SW1优先级为0：[sw1]stppriority0设置SW2优先级8192：[sw2]stppriority8192设置SW3优先级为4096：[sw3]stppriority4096此时，根桥变成SW1设备。方法2：直接使用命令指定根交换机（1）指定交换机SW3作为根桥[sw3]stprootprimary查看stp,发现根桥已经改变。序号评价内容评价标准是否达标1理解STP概念、术语能够自述概念、解释STP专业术语名词

2理解STP根桥和根端口选举能够结合拓扑，指出根桥、根端口位置

3能够启动STP掌握启动命令

4能够改变系统根桥

掌握根桥改变的两种方式方法

公司业务发生变化，网络结构调整后，发现之前配置的生成树收敛速度慢，影响公司业务，网络管理员提出配置快速生成树方案。任务2：快速生成树协议RSTP将公司原有的交换机中，涉及到STP配置的设备，调整为RSTP协议。RSTP概述：RSTP是在STP的基础上进行的升级，由于STP在网络拓扑发生变化的时候收敛速度非常慢，影响网络的正常使用，故IEEE802.1w标准规范定义类RSTP（RapidSpanningTree，RSTP），用于实现快速的收敛，收敛速度可达1s之内。RSTP计算过程：RSTP的计算过程和STP选举根桥、选举根端口、选举指定端口和STP有些不同。在RSTP中定了备份端口（BackupPort）和预备端口（AlternatePort）。备份端口：交换机由于接受到自己发送的BPDU从而被阻塞的端口。如果交换机的多个端口在同一网段中，那么这些端口中就会有一个被选举为指定端口，剩余没有被选中的就作为备份冗余端口。预备端口：该端口是非根交换机接收到其他设备发送的BPDU从而被阻塞的端口，如果根端口掉线，那么替代端口可以成为新的根端口，它加快网络的收敛过程。RSTP的端口状态

RSTP加快了收敛速度，将其端口状态简化为丢弃（Discarding）状态、学习（Learning）状态、和转发（Forwarding）状态，端口的状态。丢弃状态：此状态端口接受到的数据将做丢弃处理，端口不转发数据帧、不学习MAC地址表，其中预备端口和备份端口处于该状态。学习状态：此状态，端口可以学习MAC地址表，但不转发数据帧，也参与生成树计算，接受BPDU。转发状态：此状态，端口正常转发数据、学习MAC地址表，参与计算生成树，接受和发送BPDU。边缘接口

边缘接口主要是为了节省接口从初始启动到转发状态的时间间隔。边缘接口默认不参与生成树计算，它的关闭或者激活不触发RSTP拓扑变更。实际应用中通常将边缘接口作为连接终端设备所连接的端口。步骤1：搭建拓扑

同任务1拓扑一致步骤2：设备配置配置为RSTP模式[sw1]stpmoderstp[sw2]stpmoderstp[sw3]stpmoderstp配置边缘端口[sw2]interfaceGigabitEthernet0/0/3[sw2-GigabitEthernet0/0/3]stpedged-portenable[sw1]interfaceGigabitEthernet0/0/2[sw1-GigabitEthernet0/0/2]stpedged-portenable检查RSTP配置结果：序号评价内容评价标准是否达标1理解RSTP概念、术语能够自述概念、解释RSTP专业术语名词

2理解STP根桥和根端口选举能够结合拓扑，指出根桥、根端口位置

3理解RSTP端口状态结合拓扑说明各个端口状态情况

4能够配置RSTP和边缘端口掌握配置命令

公司业务的逐渐发展，交换机中建立的Vlan增加，信息通信激增，为了提高网络通信的可靠性，信息中心决定，通过建立MSTP实现链路冗余和负载均衡。任务3：多生成树协议MSTP配置交换机的MSTP，实现负载均衡1、MSTP基本概念多生成树协议（MultipleSpanningTreeProtocol，MSTP）是用于解决启用了VLAN的交换网络中的环路问题，MSTP允许将一个或者多个VLAN映射到一个多生成树实例（MSTInstance），可以为每个MSTInstance单独计算根交换机，单独设置端口状态。

每个MSTIntance都有一个标识（MSTID），是一个16bit的整数，MSTID取值范围0—15，默认所有Vlan映射到MSTInstance0。为了标识交换机上的Vlan和MSTInstance的映射关系，交换机需要维护一个MST配置表。2、MSTP计算过程在MSTP中，每个MSTInstance的基本计算过程其实就是RSTP的计算过程。其计算过程如下：首先选举MSTInstance的MSTI区域的根交换机，这个相当于RSTP中的根交换机。选取的依据是个交换机配置在MSTInstance中的交换标识，即根据交换机的优先级和MAC地址，其数值越小优先级越高。其次选举MSTInstance的非根交换机的根端口，根端口作为交换机到达MSTInstance的MSTI区域根交换机的最优路径。选举的依据是内部跟开销（InternalRootPathCost），表示一个交换机到达映射的MSTIRegionalRoot的MST区域的内部开销，若有多个端口路径的开销相同，则按照顺序上行交换机标识、所连接上行交换机端口标识、接受端口标识，选择最优路径每个网段的指定端口是所连接网段到达相关MSTIRegional的最优路径预备端口备份端口的选择同RSTP相同。建立拓扑[Huawei]sysnameSW1[SW1]vlanbatch23[SW1]port-groupgroup-memberg0/0/1tog0/0/3[SW1-port-group]portlink-typetrunk[SW1-port-group]porttrunkallow-passvlan23[SW1-port-group]quit

[Huawei]sysnameSW2[SW2]vlanbatch23[SW2]port-groupgroup-memberg0/0/1tog0/0/3[SW2-port-group]portlink-typetrunk[SW2-port-group]porttrunkallow-passvlan23[SW2-port-group]quit

[Huawei]sysnameSW3[SW3]vlanbatch23[SW3]interfaceEthernet0/0/3[SW3-Ethernet0/0/3]portlink-typeaccess[SW3-Ethernet0/0/3]portdefaultvlan2[SW3-Ethernet0/0/3]quit[SW3]interfaceEth0/0/4[SW3-Ethernet0/0/4]portlink-typeaccess[SW3-Ethernet0/0/4]portdefaultvlan3[SW3-Ethernet0/0/4]quit[SW3]port-groupgroup-memberEthernet0/0/1toEthernet0/0/2[SW3-port-group]portlink-typetrunk[SW3-port-group]porttrunkallow-passvlan23[SW3-port-group]quit

配置接口和建立Vlan[Huawei]sysn