第 4 章生成树协议及链路聚合

第4章生成树协议及链路聚合

教学大纲要求： • 掌握生成树协议(STP)的工作原理，主要包括STP产生的背景，根交换机产生的过程，主链路备份链路切换的过程，BPDU中技术参数、技术标准的规定等 • 掌握快速生成树协议(RSTP)的工作原理，弄清RSTP对STP的改进 • 掌握在STAR-S2126G交换机上配置STP、RSTP的方法（包括根交换机的配置、端口优先级的配置） • 掌握以太网链路聚合技术，包括链路聚合的实现方式及层次，链路聚合技术的注意事项

本章内容 • 交换网络中的冗余链路 • 生成树协议STP • 快速生成树协议RSTP • 配置STP、RSTP • 以太网链路聚合

课程议题 • 生成树协议概述 • 生成树协议STP • 快速生成树协议RSTP • 配置STP、RSTP • 以太网链路聚合

网络中存在的单点故障 故障网络中的单点故障可导致网络的无法访问

交换网络中的冗余链路 故障在网络中提供冗余链路解决单点故障问题

冗余链路出现的问题--环路 广播风暴发送一个广播帧冗余链路会造成网络环路,当交换网络中出现环路会产生广播风暴、多帧复制和MAC地址表不稳定等现象。严重影响网络正常运行。

环路问题的解决 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

课程议题 • 以太网链路聚合 • 交换网络中的冗余链路 • 生成树协议STP • 快速生成树协议RSTP • 配置STP、RSTP

生成树协议 • 生成树协议（spanning-tree protocol）由IEEE 802.1d标准定义 • 生成树协议的作用是为了提供冗余链路，解决网络环路问题 • 生成树协议实现了在交换网络中通过SPA（生成树算法）生成一个没有环路的网络，当主要链路出现故障时，能够自动切换到备份链路，保证网络的正常通信。

生成树协议 • 生成树协议的分类第一代生成树协议：STP/RSTP 第二代生成树协议：PVST/PVST+ 第三代生成树协议：MISTP/MSTP • 生成树协议标准: IEEE 802.1d标准定义了STP IEEE 802.1w标准定义了RSTP IEEE 802.1s标准定义了MSTP

BPDU(网桥协议数据单元） Protocol ID Root Bridge ID:本交换机所认为的根交换机ID。 Version Cost of Path：路径开销是从Switch到Root Bridge的方向叠加的。 Message Type Flags Bridge ID:本交换机的桥ID信息，由2字节的交换机优先级和6字节MAC地址组成。 Root Bridge ID Port ID:发送该报文的端口信息，由1字节端口优先级和1字节端口ID组成。 Cost of Path Bridge ID Message Age:报文已存活时间。 Port ID Maximum Time:当一段时间未收到任何BPDU，生存期达到Max Age时，网桥则认为该端口连接的链路发生故障。默认20秒。 Message Age Maximum Time Hello Time:发送BPDU的周期。默认2秒。 Hello Time Forward Delay：BPDU全网传输延迟。默认15秒 Forward Delay 注：STP BPDU是一种二层数据帧，其目标MAC地址为多播地址：01-80-C2-00-00-00，所有支持STP协议的交换机都会接收并处理收到的BPDU报文。

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端口（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（Designated port）； 5.根端口（Roor port）和指定端口（Designated port）进入转发Forwarding状态； 6.其他的冗余端口就处于阻塞状态（Blocking或Discarding）。实现方法：在所有交换机之间交换BPDU，交换机收到高优先级的BPDU，就在该端口保存这些信息，并向所有端口更新并传播；如果收到比自己优先级低的BPDU，就丢弃该信息。

生成树协议的工作过程 1、选举根交换机（RootBridge） A为根交换机 2、所有非根交换机选择一条到达根交换机的最短路径 switchA 3、所有非根交换机产生一个根端口 BPDU BPDU 此为最短路径此为最短路径根端口 4、每个LAN确定指定端口 BPDU 5、将所有根端口和指定端口设为转发状态 switchB switchC 6、将其他端口设为阻塞状态指定端口注：STP BPDU是一种二层数据帧，其目标MAC地址为多播地址：01-80-C2-00-00-00

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； • 先比较交换机的优先级，交换机的优先级越小则Bridge ID就越小。 • 交换机的优先级相等时，比较Mac地址，Mac地址越小则Bridge ID就越小。 • 交换机优先级可以由用户设定，交换机的默认优先级均为32768。其取值范围为4096的整数倍，分别是（0～15）X4096，最小值为0，最大值为61440。

选择到根交换机的最短路径 • 1、比较本交换机到达根交换机路径的开销，选择开销最小的路径。不同带宽路径的不同表示方法路径值带宽 (short) (long) ------------------------------------- 10Mbps 100 2000000 100Mbps 19 200000 1000Mbps 4 20000

路径开销为 100 19 19 100 100 SwA SwB SwC 19 38 SwD SwE 选择到根交换机的最短路径假设SwA为根交换机

Sw D Sw A Sw B Sw C 选择到根交换机的最短路径 • 2、如果路径开销相同，则比较发送BPDU交换机的Bridge ID Mac:00d0f80000d1 Mac:00d0f80000f2 Mac:00d0f80000f1

Sw D Sw A Sw B Sw C 选择到根交换机的最短路径 • 3、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 Mac:00d0f80000d1 Mac:00d0f80000f1 f0/2 f0/1 Port ID:端口信息由1字节端口优先级和1字节端口ID组成，端口优先级的默认值为128。取值范围（0～15）X16。

Sw D Mac:00d0f80000d1 Mac:00d0f80000f1 Sw A Sw B 1 2 HUB 8 7 Sw C 6 选择到根交换机的最短路径 • 4、如果发送者Port ID相同，则比较接收者的portID Mac:00d0f80000f2

生成树协议端口的状态 • Blocking或Discarding(阻塞) • 接收BPDU，不学习MAC地址，不转发数据帧 • Listening(侦听) • 接收BPDU,不学习MAC地址，不转发数据帧，但交换机向其他交换机通告该端口，参与选举根端口或指定端口 • Learning（学习） • 接收BPDU,学习MAC地址，以扩散flooding的方式转发数据帧 • Forwarding（转发） • 正常转发数据帧

Blocking 20秒最大生存时间 15秒转发延时 15秒转发延时 Listening learning Forwarding 生成树协议端口的状态的间隔时间 • 生成树经过一段时间（默认值是50秒左右）稳定之后，所有端口要么进入转发状态，要么进入阻塞状态。

IEEE 802.1w—快速生成树协议 • 快速生成树协议RSTP(Rapid Spannning Tree Protocol) IEEE 802.1w • RSTP协议在STP协议基础上做了三点重要改进，使得收敛速度快得多（最快1秒以内）。

RSTP相对于STP的改进 • 第一点改进：为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口（Alternate Port）和备份端口（Backup Port）两种角色，当根端口/指定端口失效的情况下，替换端口/备份端口就会无时延地进入转发状态。当端口1所在链路失效的情况下，端口2就能够立即进入转发状态，无需等待两倍Forward Delay时间。

RSTP相对于STP的改进 • 第二点改进：在只连接了两个交换端口的点对点链路中，指定端口只需与下游交换机进行一次握手就可以无时延地进入转发状态。 • 第三点改进：直接与终端相连而不是把其他交换机相连的端口定义为边缘端口（Edge Port）。边缘端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时。

端口角色 • Root port • 具有到根交换机的最短路径的端口。 • Designated port • 每个LAN的通过该口连接到根交换机。 • Alternate port • 根端口的替换口，一旦根端口失效，该口就立刻变为根端口。 • Backup port • Designated port的备份口，当一个交换机有两个端口都连接在一个LAN上，那么高优先级的端口为Designated port，低优先级的端口为Backup port。 • Undesignated port • 当前不处于活动状态的口，即OperState为down的端口都被分配了这个角色。

端口状态 • Discarding(阻塞) • 不学习MAC地址，不转发数据帧 • Learning（学习） • 学习MAC地址，不转发数据帧，过度状态 • Forwarding（转发） • 正常转发数据帧，学习MAC地址

Sw A Sw B Sw C 网络拓扑树的生成 1、选举根交换机（RootBridge） 2、所有非根交换机选择一条到达根交换机的最短路径 DP 3、所有非根交换机产生一个根端口和替换接口 DP DP 4、每个LAN确定指定端口 5、将所有根端口和指定端口设为转发状态 AP AP RP DP RP 6、将其他端口设为阻塞状态

拓扑变化机制 3 2 整个网络拓朴稳定为一个树型结构就大约需要1 秒 1 2 拓扑改变消息

RSTP 与STP的兼容性 • RSTP协议提供了protocol-migration功能来强制发RSTP BPDU

STP和RSTP存在的问题 A C VLAN1 • 交换机A和B在主链路正常的情况下可以访问，但当主链路出现故障时，交换机A无法通过C访问B。 VLAN2 VLAN2 B D VLAN1 VLAN2

MSTP技术 802.1s(MSTP) • instance：一台交换机的一个或多个vlan 的集合 • MST region：有着相同instance 配置的交换机组成的域，运行独立的生成树（IST，internal spanning-tree） • CST（common spanning tree）多个MST region 组合既避免了环路的产生，也能让相同vlan 间的通讯不受影响 A C VLAN1 VLAN2 B D VLAN1 VLAN2 Mst region 1 Mst region 2 CST

生成树协议的配置 • 开启生成树协议 • Switch(config)#Spanning-tree • 如果您要关闭Spanning Tree协议，可用 no spanning-tree 全局配置命令进行设置。

生成树协议的配置 • 配置生成树协议的类型 • Switch(config)#Spanning-tree mode stp/rstp 注：锐捷全系列交换机默认使用MSTP协议

配置交换机优先级 • 配置交换机优先级 • Switch(config)#spanning-tree priority <0-61440> (“0”或“4096”的倍数、共16个、缺省32768) • 如果要恢复到缺省值，可用 nospanning-tree priority全局配置命令进行设置

配置交换机端口优先级 • 配置端口优先级 • Switch(config-if)#spanning-tree port-priority <0-240> (“0”或“16”的倍数、共16个、缺省128) • 如果要恢复到缺省值，可用 no spanning-tree port-priority接口配置命令进行设置

STP、RSTP信息显示 • Switch#show spanning-tree ！显示交换机生成树的状态 • Switch#show spanning-tree interface fa 0/1 ！显示交换机接口的状态

配置STP、RSTP • Spanning Tree 的缺省配置： • 关闭STP，且STP Priority 是32768，STP port • Priority 是128。 • STP port cost 根据端口速率自动判断； • Hello Time 2秒； • Forward-delay Time 15秒； • Max-age Time 20秒； • 可通过spanning-tree reset 命令让spanning tree参数恢复到缺省配置。

第 4 章 生成树协议及链路聚合