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CCNA (640-802)

---STP 协议. CCNA (640-802). 交换机工作原理. 根据 MAC 地址表转发数据帧，如果地址未知，则广播. A 查 MAC 地址表，目的地址在表中不存在. C. A 广播这个数据帧. A. B. aa. bb. 广播风暴的产生. 当网络中存在物理环路，会产生广播风暴. 广播风暴最终会导致网络资源耗尽，交换机死机！. 形成双向广播环，广播永远不会停止，产生广播风暴. B 与 C 查 MAC 地址表，未知目标地址， B 与 C 广播该帧. A 查 MAC 地址表，目标地址在表中不存在， A 广播这个帧. C. A. B. aa.

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  1. ---STP协议 CCNA (640-802)

  2. 交换机工作原理 根据MAC地址表转发数据帧，如果地址未知，则广播 A查MAC地址表，目的地址在表中不存在 C A广播这个数据帧 A B aa bb

  3. 广播风暴的产生 当网络中存在物理环路，会产生广播风暴 广播风暴最终会导致网络资源耗尽，交换机死机！ 形成双向广播环，广播永远不会停止，产生广播风暴 B与C查MAC地址表，未知目标地址，B与C广播该帧 A查MAC地址表，目标地址在表中不存在，A广播这个帧 C A B aa bb

  4. STP协议介绍 STP － Spanning Tree Protocol（生成树协议） 逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生 当线路出现故障，断开的接口被激活，恢复通信，起备份线路的作用 C A B

  5. STP的算法 STP将一个环形网络生成无环拓朴的步骤： 选择根网桥（Root Bridge） 选择根端口（Root Ports） 选择指定端口（Designated Ports） 网桥是交换机的前身，由于STP是在网桥基础上开发的，因此现在在交换机的网络中仍然沿用网桥这一术语 第一步：选择根网桥

  6. 选择根网桥的依据 网桥ID（BID） 网桥ID是唯一的，交换机之间选择BID值最小的交换机作为网络中的根网桥 选择根网桥的目的是为了给将生成的树形结构确定一个树根 网桥优先级 网桥的MAC地址 2字节 6字节 取值范围：0 ～ 65535 缺省值：32768

  7. STP选择根网桥举例 根据网桥ID选择根网桥 C A B 优先级：32768MAC地址： 000d.2800.b102 下一步：选择根端口 以本拓朴为例，介绍STP的计算过程 Root Bridge 优先级：4096MAC地址： 000d.2800.b100 优先级：32768MAC地址： 000d.2800.b101

  8. 选择根端口的依据 在非根网桥上选择一个到根网桥最近的端口作为根端口 选择根端口的依据是： 根路径成本最低 直连的网桥ID最小 直连的网桥端口ID最小

  9. 根路径成本 根路径成本－是网桥到根网桥的路径上所有链路的成本之和 路径成本：19 路径成本：100 Port 1 A B C Root Bridge C的Port 1根路径成本＝19＋100＝119

  10. 路径成本 路径成本根据链路带宽的高低规定

  11. 端口ID 端口ID的组成 端口优先级 端口编号 8位 8位 取值范围：0 ～ 255 缺省值：128

  12. STP选择根端口举例 在非根桥上， 选择一个根端口（RP） C A B 在B和C上，到达A最近的端口是B和C的根端口 优先级：32768MAC地址： 000d.2800.b102 Root Port 下一步：选择指定端口 100M 100M Root Bridge Root Port 100M 优先级：4096MAC地址： 000d.2800.b100 优先级：32768MAC地址： 000d.2800.b101

  13. 选择指定端口的依据 在每个网段上，选择1个指定端口 根桥上的端口全是指定端口 非根桥上的指定端口： 根路径成本最低 端口所在的网桥的ID值较小 端口ID值较小

  14. STP选择指定端口举例 在每个网段选择1个指定端口（DP） C A B 这个端口既不是根端口，也不是指定端口，STP将这个端口阻塞（Block） 在这个网段上，B的网桥ID较小，所以B上的端口为指定端口 优先级：32768MAC地址： 000d.2800.b102 100M 100M 根网桥上的端口都是指定端口 Root Bridge DP DP Root Port DP 100M 优先级：4096MAC地址： 000d.2800.b100 优先级：32768MAC地址： 000d.2800.b101

  15. STP计算结果 经过STP计算，最终的逻辑结构为无环拓朴 C A B 优先级：32768MAC地址： 000d.2800.b102 备份线路 100M 100M 优先级：4096MAC地址： 000d.2800.b100 优先级：32768MAC地址： 000d.2800.b101

  16. STP举例 D C A B BID：32768 000d.2800.b100 BID：32768 000d.2805.c100 100M RP Root Bridge DP DP 100M 100M 100M RP Block RP 100M DP BID：32768 000d.2811.e100 BID：32768 000d.2810.d100

  17. 经过STP计算后的逻辑拓朴 D C A B BID：32768 000d.2800.b100 BID：32768 000d.2805.c100 100M Root Bridge 100M 100M BID：32768 000d.2811.e100 BID：32768 000d.2810.d100

  18. BPDU（桥协议数据单元） 交换机之间使用BPDU来交换STP信息 BPDU Bridge Protocol Data Unit －桥协议数据单元 使用组播发送BPDU，组播地址为： 01-80-c2-00-00-00 BPDU分为2种类型： 配置BPDU － 用于生成树计算 拓朴变更通告（TCN）BPDU － 用于通告网络拓朴的变化 有没有想过，交换机怎么知道其他交换机的网桥ID？怎么知道哪个端口的根路径成本最小？

  19. BPDU包含的关键字段

  20. STP使用BPDU选择根网桥2-1 交换机启动时，假定自己是根网桥，在向外发送的BPDU中，根网桥ID字段填写自己的网桥ID C A B 网桥ID： 32768.000d.2800.b102 100M 100M 100M 网桥ID：4096.000d.2800.b100 网桥ID：32768.000d.2800.b101

  21. STP使用BPDU选择根网桥2-2 当接收到其他交换机发出的BPDU后，比较网桥ID，选择较小的添加到根网桥ID中 C A A B 网桥ID： 32768.000d.2800.b102 当全网所有的交换机接收到全部的BPDU并作比较后，就可以选择出唯一的一个根网桥 100M 100M 100M 100M 100M 网桥ID：4096.000d.2800.b100 网桥ID：32768.000d.2800.b101

  22. STP使用BPDU计算根路径成本2-1 根网桥发送根路径成本为0的BPDU C A A B 网桥ID： 32768.000d.2800.b102 100M 100M 100M 100M Root Bridge 网桥ID：4096.000d.2800.b100 网桥ID：32768.000d.2800.b101

  23. STP使用BPDU计算根路径成本2-2 其他交换机接收到根网桥的BPDU后，在根路径成本上添加接收接口的路径成本，然后转发 C A A B 网桥ID： 32768.000d.2800.b102 交换机保存接口的根路径成本到内存中 100M 100M 100M 100M Root Bridge 网桥ID：4096.000d.2800.b100 网桥ID：32768.000d.2800.b101

  24. 生成树端口的状态 • 交换机端口的5种STP状态

  25. 生成树计时器 • 交换机开机需要等待30秒时间开始转发数据 • 当某个正在使用的链路断掉，阻塞的端口需要50秒时间开始转发数据 转发 50秒 转发延迟 15秒 学习 35秒 转发延迟 15秒 倾听 20秒 最大寿命 20秒 阻断

  26. 冗余（Redundancy） 冗余网络拓扑确保网络持续工作，避免单点故障Redundant networking topologies are designed to ensure that networks continue to function in the presence of single points of failure.

  27. 冗余拓扑（Redundant Topologies）

  28. 冗余拓扑（Redundant Topologies） • 1.冗余拓扑的目标是为了避免网络出现单点故障 • A goal of redundant topologies is to eliminate network outages caused by a single point of failure. • 2.所有的网络需要冗余来提高可靠性 • All networks need redundancy for enhanced reliability.

  29. 简单的冗余交换拓扑（Simple Redundant Switched Topology）

  30. 简单的冗余交换拓扑（Simple Redundant Switched Topology） • 1.冗余拓扑消除了单点故障 • Redundant topologies eliminate single points of failure. • 2. 交换机对不知道地址的帧进行泛洪 • Switches will flood frames for unknown destinations. • 3.交换机对广播和组播也进行泛洪。 • Broadcasts and multicasts are also flooded. • 4.冗余交换拓扑或许会带来广播风暴、多帧拷贝以及MAC地址表不稳定的问题 • A redundant switched topology may cause broadcast storms, multiple frame copies, and MAC address table instability problems.

  31. 广播风暴（Broadcast Storm）

  32. 多帧传输（Multiple Frame Transmissions） 在冗余交换网络中，对终端设备来讲，收到多帧相同数据是可能的。 In a redundant switched network it is possible for an end device to receive multiple frames.

  33. MAC地址表不稳定（MAC Database Instability） 交换机从错误的接口学到MAC地址。 A switch can learn that a MAC address is on a port when it is not.

  34. 创建逻辑无环路拓扑（Creating a logical loop free topology） • 1.冗余增加了可靠性，但是同时将物理环路带进网络。Reliability is increased by redundancy. redundancy connections introduce physical loops into the network. • 2. 解决办法就是创建逻辑无环路拓扑，同时保留物理环存在 • The solution is to allow physical loops, but create a loop free logical topology. • 3.无环路拓扑称为树，并且是可扩展的树。 • The loop free logical topology created is called a tree. It is a spanning tree because all devices in the network are reachable or spanned. • 4.创建无环路拓扑的算法称为生成树算法。 • The algorithm used to create this loop free logical topology is the spanning-tree algorithm.

  35. STP术语（STP Terms） • 1. 桥ID (Bridge ID) • 2. 开销（Cost） • 3. 桥协议数据单元（BPDU）

  36. 桥ID (Bridge ID) 1.BID用来识别每一个交换机/网桥。 2.BID用来确定网络的中心，在STP中称为根桥。 3.优先级默认为32768 The BID consists of a bridge priority that defaults to 32768

  37. 开销（Cost） • 最短路径是cost累加，而cost是基于链路的速率的。 • Shortest path is based on cumulative link costs. Link costs are based on the speed of the link.

  38. 桥协议数据单元（BPDU） • 1.交换机发送的创建逻辑无环路的数据包称为BPDU • The message that a switch sends, allowing the formation of a loop free logical topology, is called a Bridge Protocol Data Unit (BPDU). • 2.BPDU在阻塞的接口上也可以接收，这确保如果链路或设备出现问题，新的生成树会被计算 • BPDUs continue to be received on blocked ports. This ensures that if an active path or device fails, a new spanning tree can be calculated. • 3.默认，BPDU 2秒发送一次 • By default BPDUs are sent every two seconds.

  39. Spanning-Tree Protocol

  40. 生成树操作（Spanning-Tree Operation）

  41. Spanning-Tree Operation(cont.) • 1.选举根桥，BID最小即是 • Select a single switch that will act as the root of the spanning tree • 2.计算自己到根桥距离 • Calculate the shortest path from itself to the root switch • 3.选择根端口，距离根桥最近的接口 • Choose one of its ports as its root port, for each non-root switch. This is the interface that gives the best path to the root switch. • 4.选指定端口和非指定端口，非指定端口被阻塞。 • Select ports that are part of the spanning tree, the designated ports. Non-designated ports are blocked.

  42. 生成树操作规则（Spanning-Tree Operation Rules） • 1.每个网络只有一个根桥 • One root bridge per network. • 2.每个非根桥只有一个根端口 • One root port per nonroot bridge. • 3.每个段只有一个指定端口 • One designated port per segment. • 4.非指定端口不被使用 • Nondesignated ports are unused.

  43. STP实例（STP Example）

  44. 生成树端口状态（Spanning-Tree Port States）

  45. 生成树端口状态（Spanning-Tree Port States） • 1.在阻塞状态，端口仅能接收BPDU,需要20秒改变这种状态 • In the blocking state, ports can only receive BPDUs. It may take up to 20 seconds to change from this state. • 2.在侦听状态，交换机确定是否有到根桥的其它路径。该状态持续15秒。在该状态，用户的数据不能转发，也不能学习MAC地址。 • In listening state, switches determine if there are any other paths to the root bridge. the forward delay and lasts for 15 seconds. In the listening state, user data is not being forwarded and MAC addresses are not being learned.

  46. 生成树端口状态（Spanning-Tree Port States） • 3.在学习状态，用户的数据不能转发，但是可以学习MAC地址，该状态持续15秒。 • In learning state user data is not forwarded, but MAC addresses are learned from any traffic that is seen. The learning state lasts for 15 seconds and is also called the forward delay. • 4.在转发状态，用户数据被转发，MAC地址继续学习，BPDU仍然工作。 • In forwarding state user data is forwarded and MAC addresses continue to be learned. BPDUs are still processed.

  47. Case Study • Refer to the exhibit. All switches have the default STP configuration and all links are Fast Ethernet. Which port on which switch will Spanning Tree place in blockingmode?

  48. 专业英语 • redunace：冗余 • Broadcast storm：广播风暴 • Multi frame copy：多帧拷贝 • STP：Spanning-Tree-Protocol，生成树协议 • Root Bridge：根桥 • Root port：根口 • Designated port：指定口 • Block：阻断 • Listenning：监听 • Learning：学习 • Forwarding：转发 • PVST：Per Vlan STP，每VLAN生成树协议

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