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1、DCN-TS06 生成树协议原理和配置,Version 1.0,2,学习目标,学习完本课程，您应该能够：了解STP产生的背景掌握STP、RSTP、MSTP的工作原理掌握生成树协议的配置掌握生成树在不同应用环境下部署方法,3,课程内容,第一章 生成树产生的背景第二章 STP 、RSTP协议原理第三章 MSTP协议原理第四章 生成树配置及案例,4,网桥基本原理,自动学习站点的地址信息，建立相应的表项按照特定的规则对报文进行处理,5,环路的产生,NET1,NET2,A,B,6,我们的解决方案,方案设想：如果我们可以通过某种技术阻断冗余链路以消除网络中可能存在的环路，当活动链路出现问题的时候，冗余链路
2、可以自动激活从而保证网络的连通性就可以达到我们的目的;实现技术：STP（Spanning Tree Protocol）STP是一个二层协议，使用一种特殊的目的的算法用来发现网络中的物理环路并产生一个逻辑上无环的拓扑,7,课程内容,第一章 生成树产生的背景第二章 STP、RSTP协议原理第三章 MSTP协议原理第四章 生成树配置及案例,8,STP算法基本原理,网桥之间通过互相传递BPDU交互信息根据BPDU提供的信息，通过下列措施避免环路从参加计算的所有网桥中，选出一个作为根桥为每个非根网桥选择一个根端口，该端口到根桥的路径是此网桥到根桥的最佳路径为每个物理段选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥
3、，该指定网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既不是指定端口也不是根端口的端口置于阻塞状态,9,STP作用示意图,SW1/SW2/SW3以ROOT 为根，阻断至BLOCK的链路，见红色虚线,ROOT,SW1,SW3,SW2,BLOCK,10,BPDU介绍,BPDU也被称作桥协议数据单元主要内容包括：根网桥的标识（Root ID）从指定网桥到根网桥的最小路径开销（Root Path Cost）指定网桥的标识指定网桥的指定端口的标识可以用（RootID，RootPathCost，DesignatedBridgeID，DesignatedPortID）表示,11,BPDU报文格
4、式,DMA,LLC Header,SMA,L/T,Payload,DMA:目的MAC地址配置消息的目的地址是一个固定的组播地址（0x0180c2000000）SMA:源MAC地址即发送该配置消息的桥MAC地址L/T:帧长LLC Header:配置消息固定的链路头Payload:BPDU数据,12,BPDU交互过程,当一个网桥第一次被激活时，其上所有端口每隔2秒（默认Hello Time）发送一次BPDU网桥将各个端口收到的BPDU和自己的BPDU做比较，得出优先级最高的BPDU网桥用优先级最高的BPDU更新本身的BPDU，完成以下主要工作：选择根网桥RootID计算到根桥的最短路径开销Root
5、 Path Cost选择根端口Root Port选择指定端口网桥从指定端口发送新的配置消息,13,STP几个重要概念,网桥ID：由一个8字节域构成（网桥优先级：MAC地址）,较低值总是优先网桥优先级：由一个10进制数表示，其值的范围是0-65535（默认是32768）路径开销：用来决定到根交换机的路径，较低的值总是优先端口ID：由一个2字节域构成（端口优先级：MAC地址），较低的值总是优先端口优先级：由一个10进制数表示，其值的范围是0-256（默认是128）根端口：非根网桥按照路径开销最靠近根网桥的端口指定端口：一个网段按照路径开销最靠近根网桥的端口,14,STP收敛过程,选举一个根交换机选
6、举根端口选举指定端口,BID：32768.AA-AA,BID：32768.AA-BB,BID：32768.AA-CC,网段 1,网段 3,网段2,1/1,1/1,1/1,1/2,1/2,1/2,15,端口状态,16,STP定时器,17,STP状态机,监听,阻塞,转发,学习,1）端口启用或初始化,2）端口禁用或故障,3）端口被选为根端口或指定端口,4）端口被选为非指定端口,5）转发定时器超时,（1，6）,（2）,（2）,（2）,（2）,（1）,（2）,（4）,（4）,（5）,（4）,（5）,（3）,6）PortFast,（6）,禁 用,18,TCM报文传播,拓扑改变通知消息,拓扑改变应答消息,拓
7、扑改变消息,ROOT,19,临时环路问题,环路产生：当拓扑结构发生变化，BPDU要经过一定的时延才能传播到整个网络，在所有网桥收到这个变化的消息之前：若旧拓扑结构中处于转发的端口还没有发现自己应该在新的拓扑中停止转发，则可能存在临时的回环；若旧的拓扑结构中阻塞的端口还没有发现自己应该在新的拓扑结构中开始转发，则可能造成网络暂时失去连通性。规避方法：引入Forward Delay（BPDU传播到整个网络的最大时延）设计中间状态：处于中间状态的端口只是学习站点的地址信息，但不转发数据端口从阻塞状态经过Forward Delay的延时后进入中间状态再经过Forward Delay的延时后才能进入转发
8、状态,20,STP存在的问题,端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的Forward Delay时间，所以网络拓扑结构改变之后需要至少两倍的Forward Delay时间，才能恢复连通性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，这样用户就会无法忍受,21,RSTP演进,RSTP是从STP演化而来的，基本思想一样当交换网络拓扑结构发生变化时， RSTP可以更快地恢复网络的连通性RSTP只有3种端口状态，具备STP的所有功能,22,RSTP与STP端口状态对比,23,RSTP的改进,如果旧的根端口已经进入阻塞状态，而且新根端口连接的对端交换机的指定端口处于Forwarding状态，则在
9、新拓扑结构中的根端口可以立刻进入转发状指定端口可以通过与相连的网桥进行一次握手，快速进入转发状态握手必须在点对点链路的条件下进行握手会顺次传递下去，一直扩散到网络边缘网络边缘的端口即直接与终端相连，而不是和其它网桥相连的端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时,24,RSTP和STP的区别,协议版本不同0 vs 2端口状态转换方式不同5种 vs 3种配置消息报文格式不同拓扑改变消息的传播方式不同,25,课程内容,第一章 生成树产生的背景第二章 STP、RSTP协议原理第三章 MSTP协议原理第四章 生成树配置及案例,26,传统STP的问题,Trunk链路上实际上运行着多个VLAN所有VLAN共
10、用一棵生成树无法实现不同VLAN在多条Trunk链路上的负载均衡,B,B1,B2,B3,F,所有VLAN被阻塞,27,MSTP,用少量资源在网络中实现多个生成树在多条Trunk链路上实现VLAN级负载均衡,实例A阻塞实例B转发,实例A: VLAN1030实例B: VLAN40-50,实例B阻塞实例A转发,B,B1,B2,B3,F,28,MST区域,MST区域（MST Region）域名（Region name）修正级别（Revision level）VLAN实例的映射所有拥有相同区域配置（Region Configuration）的MSTP交换机必须连续,29,MST实例,IST内部生成树（I
11、nternal Spanning Tree）内部生成树是多生成树的一个特殊实例（ instance ID= 0 ） MSTI多生成树实例（Multiple Spanning Tree Instance）每一个MSTI都有唯一的实例ID标识（Instance ID范围为116）,30,MSTI的计算,VLAN 10-30以ROOT I为根，阻断至ROOT II的链路，见MST IVLAN 40-60以ROOT II为根，阻断至ROOT I的链路，见MST II,31,三种生成树协议的比较,STP的特性形成一棵无环路的树：解决环路故障并实现冗余备份RSTP的特性形成一棵无环路的树：解决环路故障并实
12、现冗余备份快速收敛根端口快速进入转发状态采用握手机制实现端口的快速转发设置边缘端口实现快速转发MSTP的特性形成一棵无环路的树：解决环路故障并实现冗余备份快速收敛形成多棵生成树实现负载均衡不同VLAN的流量可以按照不同的路径进行转发,32,课程内容,第一章 生成树产生的背景第二章 STP、RSTP协议原理第三章 MSTP协议原理第四章 生成树配置及案例,33,MSTP配置任务,1. 启动MSTP 并设置运行模式2. 配置实例参数3. 配置MSTP 域参数4. 配置MSTP 的时间参数5. 配置MSTP 的快速迁移特性,34,配置命令,Spanning-tree命令：spanning-treen
13、o spanning-tree功能：在交换机的全局配置模式和端口配置模式下分别启动MSTP 协议的命令；本命令的no 操作为关闭MSTP 协议。命令模式：全局配置模式和端口配置模式缺省情况：系统缺省不运行MSTP 协议。,35,配置命令（续）,Spanning-tree mode命令：spanning-tree mode mstp|stpno spanning-tree mode功能：设置交换机运行Spanning Tree 的模式；本命令的no 操作为恢复交换机缺省的模式。参数：mstp 为设置交换机运行IEEE802.1s 的MSTP 模式；stp 为设置交换机运行IEEE802.1D S
14、TP 模式。命令模式：全局配置模式缺省情况：交换机缺省运行MSTP 模式。,36,配置命令（续）,Spanning-tree mst priority命令：spanning-tree mst priority no spanning-tree mst priority功能：设置交换机在指定实例的网桥优先级；本命令的no 操作为恢复交换机在指定实例的缺省优先级值。参数：为指定实例的实例ID，取值范围为048；为交换机的优先级，取值范围为061440 之间的4096 的倍数，即取值范围为0、4096、819261440。命令模式：全局配置模式缺省情况：交换机缺省的优先级为32768。,37,配置命
15、令（续）,Spanning-tree mst configuration命令：spanning-tree mst configurationno spanning-tree mst configuration功能：进入交换机的MST 配置模式，在交换机的MST 配置模式下，可配置交换机有关MSTP域的参数；本命令的no 操作为恢复交换机的MSTP 域参数的缺省值。命令模式：全局配置模式缺省情况：只有实例0，实例名为网桥MAC，Revsion为0Instance vlan Name ,38,配置命令（续）,Spanning-tree mst cost命令：spanning-tree mst co
16、st no spanning-tree mst cost功能：设置当前以太网端口在指定实例的端口路径代价；本命令的no 操作为恢复缺省值。参数：为指定实例的实例ID，取值范围为048；为路径代价值，取值范围为1200,000,000。命令模式：端口配置模式缺省情况：缺省情况下，端口的路径代价与端口的带宽相关。,39,配置命令（续）,Spanning-tree portfast命令：spanning-tree portfastno spanning-tree portfast功能：设置当前端口为边缘端口；本命令的no 操作为设置当前端口为非边缘端口。命令模式：端口配置模式缺省情况：所有端口在初始启动MSTP 时均为非边缘端口,
