{工程设计管理}网络工程设计概述

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1、生成树协议,内 容,1 冗余拓扑结构概述 2 STP基本机制 3 STP增强机制 4 RSTP机制 5 MSTP机制 6 STP的应用设计与配置,1 冗余拓扑结构概述,STP是LAN交换技术的重要项目。 STP服务是园区网的基础逻辑构件。 STP是园区网设计的重点内容之一。 1.冗余拓扑结构使用的原因 2.冗余交换（桥接）拓扑结构带来的问题,1.冗余拓扑结构使用的原因,冗余拓扑-使用多于正常情况下的连通资源（设备、接口、链路）形成的网络拓扑结构。 消除单点故障-提高容错性、可靠性是网络建设 的主要目标之一。,故障,故障,2.冗余交换（桥接）拓扑结构带来的问题,冗余链路：出现物理环路。 环路造成

2、：a.广播风暴 b.帧的反复重传和多个副本 c.MAC地址表的不稳定 等问题。,a.广播风暴,发送一个广播帧,广播风暴,b.帧的反复重传和多个副本,HUB,HUB,X,Y,交换机A,交换机B,单播,c.MAC地址表的不稳定,HUB,HUB,X,Y,交换机A,交换机B,第一帧,环路问题的解决方法-使用STP协议生成无环树,主要链路正常时，断开备份链路,主要链路出故障时,自动启用备份链路,HUB,HUB,X,Y,交换机A,交换机B,单播,主链路,备份链路,2 STP基本机制,1.STP概念 2.生成树算法 3.生成树协议端口的状态,1.STP概念,生成树协议（spanning-tree proto

3、col）由IEEE 802.1d标准定义,STP 持续探测网络，以便在链路、交换机失效或增加时，通过SPA自动重新配置它们的端口，自动切换到备份链路，保证网络的正常通信。,STP的作用是通过SPA（生成树算法）在网络中发现物理环路时，并自动地在逻辑上阻塞一个或多个冗余端口，从而获得无环路的拓扑。,2.生成树算法,IEEE 802.1D标准定义了的STP。 STP通过网桥协议数据单元（BPDU）传递STA用于计算生成树的有关信息。 BPDU： 二层报文。 目的MAC地址是组播地址：0188-C200-0000 包括用于计算生成树的四个参数： Root Bridge ID （BID）-本交换机认为

4、的根桥ID Root Path Cost -本交换机认为的根路径开销 Bridge ID -本交换机的桥ID Port ID-发送该BPDU的端口ID 等信息,生成树工作机制,1.网络中选择了一个交换机为根交换机（Root Bridge）；,2.每个交换机都计算出了到根交换机（Root Bridge）的最短 路径；,3.所有非根交换机都有一个根口（Root Port）， 即提供最短路径到根交换机（Root Bridge）的端口；,4.每个LAN都有了指定交换机（Designated Bridge），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（Designa

5、ted port）；,6.其他的冗余端口就处于阻塞状态（Blocking或Discarding）。,5.根口（Roor port）和指定端口（Designated port）进入转 发Forwarding状态；,STP收敛的3个阶段,阶段1：选举根桥 (Root Bridge)。 阶段2：选举根端口 (Root Ports)。 阶段3：选举指定端口 (Designated Ports)。,注意： 根端口在交换机内接口间比较并选举； 指定端口在交换机的连接端口间比较并选举； 收敛就是确定了根桥和所有的根端口及指定端口,就此 阻塞冗余端口，消除环路,判定最佳路径的四个步骤,步骤1：确定根桥(Roo

6、t Bridge) 步骤2：计算到根桥的最小路径开销 步骤3：确定最小的发送BID(Sender BID) 步骤4：确定最小的端口ID(Port ID) 注意： 每次重新确定根桥，就要计算一次最小路径开销，并重新选举根端口和指定端口。 最佳路径即经由一串指定端口、根端口到达根桥的路径。 步骤3、4只在需要时才启用。,收敛过程中的BPDU交换,交换机启动,每2秒发送BPDU R.BID=BID,R.Cost=0 认自为根，并宣告,收到来自X更 好的BPDU?,接收端口存储该更佳 BPDU,停发原BPDU,以每个收到的最佳BPDU 按4个步骤重新计算根桥 和最佳路径,修改BPDU 参数并转发BPD

7、U,N,Y,步骤1：根交换机的选择,Bridge ID最小的交换机为根交换机； Bridge ID：每个交换机唯一的桥ID，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Bridge ID就越小。 比较两个BID的原则如下： 假设(s，t)和(u,v)代表两个BID， (优先级，MAC地址) 当且仅当: su 或 s=u且tv 时，(s，t)( u,v)。,步骤2：计算到根桥的最小路径开销-选举根端口,a.开销定义： 原来链路开销-链路带宽/1000Mbps 更新后为：,b.最小根路径开销计算-假设SwA为根交换机,19,Cost 38,19,SwB,SwA,SwC,Sw

8、D,SwE,100,19,100,比较本交换机各端口到达根交换机路径的开销-到达根桥的链路开销之和。,Cost 119,0,0,根端口,步骤3：确定最小的发送BID(Sender BID) （阶段2：选举根端口）,如果路径开销相同，则比较发送BPDU交换机的Bridge ID，见图 显然：SwD是根， Cost C-A-D= Cost C-B-D SwC从SwA和SwB收到BPDU,SwA具有更小的BID 则: 最佳路径 C-A-D, f0/8为根端口。,Mac:00d0f80000f1,Sw C,Sw B,Sw D,Sw A,Mac:00d0f80000d1,Mac:00d0f80000f2

9、,19,19,19,19,Mac:00d0f80000f3,BID :优先级 32768,BID :优先级 32768,BID :优先级 32768,BID :优先级 32768,F0/8,F0/9,步骤4-1：确定最小的端口ID(Port ID) （阶段2：选举根端口）,如果发送者Bridge ID相同（即同一台交换），则比较发送者交换机的port ID。则：最短路径 C7-A1-D， f0/7为根端口,Sw C,Sw B,Sw D,Sw A,f0/1,f0/2,Mac:00d0f80000f1,Mac:00d0f80000d1,Mac:00d0f80000f2,19,19,19,19,Ma

10、c:00d0f80000f3,BID :优先级 32768,BID :优先级 32768,BID :优先级 32768,BID :优先级 32768,f0/7,f0/8,设(s,t)和(u,v)为两个端口ID, s端口优先级; t:端口号。 当且仅当:su或 s=u且tv 时, (s,t)(u,v)。,f0/9,步骤4-2：确定最小的端口ID(Port ID) （阶段2：选举根端口）,如果发送者Port ID相同，则比较接收者的portID。 最短路径 C6-A1-D, f0/6为根端口,7,6,1,Sw C,Sw B,Sw D,Sw A,HUB,8,Mac:00d0f80000f1,Mac:

11、00d0f80000d1,Mac:00d0f80000f2,19,19,19,19,Mac:00d0f80000f3,BID优先级 32768,BID优先级 32768,BID优先级 32768,BID :优先级 32768,f0/1,f0/2,f0/7,f0/8,f0/9,2,阶段3：选举指定端口与选举根端口同时进行,如果每个网段到达根桥只有一条通路,则无环路。 指定端口：连接网段并通往根桥的唯一端口， 负责发送和接收该网段和根桥之间的流量。 指定网桥：指定端口所在的网桥(交换机)。 指定端口在交换机的连接端口间比较并选举。 基于 步骤1：确定根桥(Root Bridge) 步骤2：计算到根

12、桥的最小路径开销 步骤3：确定最小的发送BID(Sender BID) 步骤4：确定最小的端口ID(Port ID) 选举指定端口。,SwD.F0/2.R.Cost=0SwA.F0/1.R.Cost=19 SwD.F0/1.R.Cost=0SwB.F0/2.R.Cost=19 SwA.F0/2.R.Cost=19SwC.F0/8.R.Cost=38 SwB.F0/2.R.Cost=19SwC.F0/2.R.Cost=38,Mac:00d0f80000f2,Mac:00d0f80000f1,Sw C,Sw B,Sw D,Sw A,Mac:00d0f80000d1,19,19,19,19,Mac:

13、00d0f80000f3,BID :优先级 32768,BID :优先级 32768,BID :优先级 32768,F0/8,F0/9,F0/2,F0/2,F0/1,F0/1,F0/2,F0/1,F0/2,消除环路,根端口和指定端口为转发 非指定端口被阻塞,Mac:00d0f80000f1,Sw C,Sw B,Sw D,Sw A,Mac:00d0f80000d1,Mac:00d0f80000f2,19,19,19,19,Mac:00d0f80000f3,BID :优先级 32768,BID :优先级 32768,BID :优先级 32768,F0/8,F0/9,F0/2,F0/2,F0/1,F

14、0/1,F0/2,F0/1,F0/2,生成树协议端口的状态,Block,Listening,learning,Forwarding,阻塞状态,交换机初始化或被交换机指定为非根端口、非指定端口后的状态 端口行为 丢弃从所连接的网段上收到的数据帧或其他端口交换来的帧。 接收BPDU并传递给系统模块。 不更新地址数据库。 不传递从系统模块收到的BPDU。 接收并响应网络管理消息。,监听状态-过渡状态,阻塞状态-监听状态 首次启动后自认为是根桥 运行在监听状态的端口Maximum Time内未收到BPDU时 端口行为 丢弃所连接网段收到的帧或其他端口交换来的帧。 不更新地址数据库。 接收BPDU并直接

15、传递给系统模块。 接收、处理并传递从系统模块收到的BPDU。 接收并响应网络管理消息。 三个收敛步骤发生在监听状态,学习状态-过渡状态,缺省15秒（由转发延迟定时器控制）的监听状态保持延时后进入。 端口行为： 丢弃所连接网段收到的帧或其他端口交换来的帧。 将位置状态包含进自己的地址数据库里。 接收BPDU并直接传递给系统模块。 接收、处理并传递从系统模块收到的BPDU。 接收并响应网络管理消息。 学习：减少了数据转发开始后所需的泛洪次数。,转发状态,缺省15秒（由转发延迟定时器控制）的学习状态保持延时后进入。 端口行为： 转发从所连接网段上收到的帧。 转发从其他端口交换来需要转发的帧。 将位置状态信息包含进自己的地址数据库。 接收BPDU，并将其直接传递到系统模块。 处理从系统模块来的BPDU。 接收并响应网络管理消息。,STP状态转换图,1.端口启动或初始化 2.端口停用或失败 3.端口被选作根端口或指定端口 4.端口被取消根端口或指定端口 5.转发状态计时器超时 6.PortFast 7.UplinkFast,Block,Listening,learning,Forwarding,Disabled 或Down,1,2,2,2,2,3,4,4,4,5,5,6,7,STP定时,Hello Time:发送BPDU的时间间隔。缺省:2秒 根桥源发，其他转发。