運(yùn)行快速生成樹(shù)協(xié)議實(shí)現(xiàn)

交換網(wǎng)冗余鏈路教學(xué)目標(biāo)能夠規(guī)劃、設(shè)計(jì)交換網(wǎng)絡(luò)的冗余鏈路，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性；能夠正確配置交換網(wǎng)絡(luò)的快速生成樹(shù)協(xié)議；能夠配置交換網(wǎng)絡(luò)中的根交換機(jī)和非根交換機(jī)的根端口；能夠描述冗余交換網(wǎng)絡(luò)的模型、廣播風(fēng)暴、多幀復(fù)制和MAC地址表抖動(dòng)等概念；能夠描述生成樹(shù)協(xié)議（STP）和快速生成樹(shù)協(xié)議（RSTP）的基本原理和工作過(guò)程；培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)工程可靠性設(shè)計(jì)的基本素養(yǎng)。工作任務(wù)

中小型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一般采用接入層、匯聚層和核心層三層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通常用二層交換機(jī)作為接入層設(shè)備，將計(jì)算機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)；用三層交換機(jī)作為匯聚層設(shè)備，將各子網(wǎng)連接起來(lái)，并與核心層設(shè)備或服務(wù)器群連接。在接入層與匯聚層之間通常有一條鏈路連接一個(gè)子網(wǎng)，這條鏈路就成為這個(gè)子網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)其它部分連接的唯一通路，一旦這條鏈路出現(xiàn)故障，這個(gè)子網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)其它部分的通信就中斷。為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，需要在接入層與匯聚層之間增加冗余鏈路，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃和配置，以實(shí)現(xiàn)交換網(wǎng)絡(luò)的冗余鏈路。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣粨Q網(wǎng)絡(luò)的冗余鏈路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

操作步驟（演示）步驟1配置三臺(tái)交換機(jī)主機(jī)名，將三臺(tái)交換機(jī)之間連接的端口設(shè)置為T(mén)runk模式。步驟2在三臺(tái)交換機(jī)上啟用快速生成樹(shù)協(xié)議。步驟3設(shè)置交換機(jī)優(yōu)先級(jí)，指定Switch1為根交換機(jī)。步驟4設(shè)置非根交換機(jī)端口優(yōu)先級(jí)，指定Switch2的F0/24為根端口，Switch3的F0/24為根端口。步驟5查看網(wǎng)絡(luò)生成樹(shù)配置及其狀態(tài)。步驟6驗(yàn)證測(cè)試網(wǎng)絡(luò)生成樹(shù)協(xié)議運(yùn)行。操作要領(lǐng)

銳捷交換機(jī)生成樹(shù)協(xié)議默認(rèn)情況是關(guān)閉的，必須手工開(kāi)啟生成樹(shù)協(xié)議，而思科交換機(jī)生成樹(shù)協(xié)議默認(rèn)是開(kāi)啟的;

銳捷交換機(jī)默認(rèn)為MSTP協(xié)議，每臺(tái)交換機(jī)上運(yùn)行的生成樹(shù)協(xié)議必須統(tǒng)一版本；按默認(rèn)參數(shù)選舉產(chǎn)生的根網(wǎng)橋和根端口不一定符合設(shè)計(jì)需要，為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)流量，需要指定根網(wǎng)橋和根端口；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上有多個(gè)VLAN時(shí)，PVST（PerVlanSTP）會(huì)為每個(gè)VLAN構(gòu)建一棵STP樹(shù)。思科交換機(jī)默認(rèn)的模式就是PVST。在PVST中，交換機(jī)為每個(gè)VLAN都構(gòu)建一棵STP樹(shù)，不僅會(huì)帶來(lái)CPU很大的負(fù)載，也會(huì)占用大量帶寬。MST則是把多個(gè)VLAN映射到一棵STP樹(shù)上，從而減少了網(wǎng)絡(luò)中STP樹(shù)數(shù)量。MST可以同STP和PVST兼容。相關(guān)知識(shí)—網(wǎng)絡(luò)中存在的單點(diǎn)故障故障網(wǎng)絡(luò)中的單點(diǎn)故障可導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無(wú)法正常工作相關(guān)知識(shí)—交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路故障在網(wǎng)絡(luò)中提供冗余鏈路解決單點(diǎn)故障問(wèn)題相關(guān)知識(shí)—冗余鏈路出現(xiàn)的問(wèn)題—環(huán)路冗余鏈路會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)環(huán)路,當(dāng)交換網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)環(huán)路會(huì)產(chǎn)生廣播風(fēng)暴、多幀復(fù)制和MAC地址表不穩(wěn)定等現(xiàn)象。嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。發(fā)送一個(gè)廣播幀廣播風(fēng)暴相關(guān)知識(shí)—多幀復(fù)制和MAC地址表不穩(wěn)定SwitchAPC1F0/3F0/5PC1在我的F0/3口PC1在我的F0/5口去往PC1的幀去往PC1的幀相關(guān)知識(shí)—環(huán)路問(wèn)題的解決1、主要鏈路正常時(shí)，斷開(kāi)備份鏈路2、主要鏈路出故障時(shí),自動(dòng)啟用備份鏈路相關(guān)知識(shí)—生成樹(shù)協(xié)議

生成樹(shù)協(xié)議（spanning-treeprotocol）由IEEE802.1d標(biāo)準(zhǔn)定義；生成樹(shù)協(xié)議是為了提供冗余鏈路，解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)路問(wèn)題；生成樹(shù)協(xié)議通過(guò)SPA（生成樹(shù)算法）生成一個(gè)沒(méi)有環(huán)路的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)主要鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，能夠自動(dòng)切換到備份鏈路，保證網(wǎng)絡(luò)的正常通信。相關(guān)知識(shí)—BPDU(網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元）ForwardDelayHelloTimeMaximumTimeMessageAgePortIDBridgeIDCostofPathRootIDFlagsMessageTypeVersionProtocolID

RootID:由2字節(jié)優(yōu)先級(jí)和6字節(jié)MAC組成CostofPath：路徑開(kāi)銷(xiāo)是從Switch到RootBridge的方向疊加的MaximumTime:當(dāng)一段時(shí)間未收到任何BPDU，生存期達(dá)到MaxAge時(shí)，網(wǎng)橋則認(rèn)為該端口連接的鏈路發(fā)生故障。默認(rèn)20秒HelloTime:發(fā)送BPDU的周期,默認(rèn)2秒PortID:端口信息由1字節(jié)端口優(yōu)先級(jí)和1字節(jié)端口ID組成ForwardDelay：BPDU全網(wǎng)傳輸延遲,默認(rèn)15秒相關(guān)知識(shí)—生成樹(shù)協(xié)議避免環(huán)路switchAswitchCswitchBA為根交換機(jī)交換網(wǎng)絡(luò)中所有交換機(jī)共同選舉一臺(tái)設(shè)備為根交換機(jī)（RootBridge）相關(guān)知識(shí)—生成樹(shù)協(xié)議避免環(huán)路（續(xù)）switchAswitchCswitchBA為根交換機(jī)所有非根交換機(jī)選擇一條到達(dá)根交換機(jī)的最短路徑此為最短路徑此為最短路徑相關(guān)知識(shí)—生成樹(shù)協(xié)議避免環(huán)路（續(xù)）switchAswitchCswitchBA為根交換機(jī)所有非根交換機(jī)產(chǎn)生一個(gè)到達(dá)根交換機(jī)的端口—根端口（RootPort）根端口相關(guān)知識(shí)—生成樹(shù)協(xié)議避免環(huán)路（續(xù)）switchAswitchCswitchB

每個(gè)LAN都會(huì)選擇一臺(tái)設(shè)備為指定交換機(jī)，通過(guò)該設(shè)備的端口連接到根，該端口為指定端口（Designatedport）指定端口A為根交換機(jī)根端口相關(guān)知識(shí)—生成樹(shù)協(xié)議避免環(huán)路（續(xù)）switchAswitchCswitchBA為根交換機(jī)

將交換網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的根端口(RP)和指定端口（DP）設(shè)為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)（Forwarding），將其他端口設(shè)為阻塞狀態(tài)（Blocking）RPDP相關(guān)知識(shí)—根交換機(jī)的選擇根交換機(jī)的選擇原則：所有交換機(jī)首先認(rèn)為自己是根全網(wǎng)選舉BridgeID最小的交換機(jī)為根交換機(jī)BridgeID：每個(gè)交換機(jī)唯一的橋ID，由交換機(jī)優(yōu)先級(jí)和Mac地址組合而成交換機(jī)優(yōu)先級(jí)和Mac地址越小則BridgeID就越小默認(rèn)優(yōu)先級(jí)為32768相關(guān)知識(shí)—最短路徑的選擇1、比較開(kāi)銷(xiāo)選擇路徑比較本交換機(jī)到達(dá)根交換機(jī)路徑的開(kāi)銷(xiāo)，選擇開(kāi)銷(xiāo)最小的路徑帶寬IEEE802.1dIEEE802.1t10Mbps1002000000100Mbps192000001000Mbps42000010Gbps12000

相關(guān)知識(shí)—最短路徑的選擇1001919SwBSwASwCSwDSwE1001938100

假設(shè)SwA為根交換機(jī)，通過(guò)比較開(kāi)銷(xiāo)，選擇E->D->A為最短路徑相關(guān)知識(shí)—最短路徑的選擇2、通過(guò)BridgeID選擇最短路徑

如果路徑開(kāi)銷(xiāo)相同，則比較發(fā)送BPDU交換機(jī)的BridgeIDMac:00d0f80000f1SwCSwBSwDSwARootBridgeMac:00d0f80000f2相關(guān)知識(shí)—最短路徑的選擇3、比較發(fā)送者portID選擇最短路徑如果發(fā)送者BridgeID相同，即同一臺(tái)交換，則比較發(fā)送者交換機(jī)的portIDPortID:端口信息由1字節(jié)端口優(yōu)先級(jí)和1字節(jié)端口ID組成PortID默認(rèn)優(yōu)先級(jí)為128Mac:00d0f80000f1SwCSwBSwDSwAMac:00d0f80000d1f0/1f0/2RootBridge相關(guān)知識(shí)—最短路徑的選擇7Mac:00d0f80000f1612SwCSwBSwDSwAHUBMac:00d0f80000d184、比較接收者的PortID如不同鏈路發(fā)送者的BridgeID一致（即同一臺(tái)交換機(jī)），那比較接收者的PortIDRootBridge相關(guān)知識(shí)—生成樹(shù)協(xié)議端口的狀態(tài)BlockListeninglearningForwarding20秒最大生存時(shí)間15秒轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)15秒轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)

生成樹(shù)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間（默認(rèn)值是50秒左右）穩(wěn)定之后，所有端口要么進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，要么進(jìn)入阻塞狀態(tài)。

相關(guān)知識(shí)—端口狀態(tài)生成樹(shù)端口的四種狀態(tài)Blocking

接收BPDU，不學(xué)習(xí)MAC地址，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀Listening

接收BPDU,不學(xué)習(xí)MAC地址，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，但交換機(jī)向其他交換機(jī)通告該端口，參與選舉根端口或指定端口Learning接收BPDU,學(xué)習(xí)MAC地址，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀F(xiàn)orwarding正常轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀相關(guān)知識(shí)—拓?fù)渥兓瘷C(jī)制拓?fù)涓淖兺ㄖ⑼負(fù)涓淖儜?yīng)答消息拓?fù)涓淖兿?325566在一個(gè)大中型網(wǎng)絡(luò)中要等整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓樸穩(wěn)定為一個(gè)樹(shù)型結(jié)構(gòu)就大約需要50秒，這樣的時(shí)間是無(wú)法忍受的！4ROOT快速生成樹(shù)協(xié)議RSTP(RapidSpannningTreeProtocol)IEEE802.1w；RSTP協(xié)議在STP協(xié)議基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，使得收斂速度快得多（最快1秒以內(nèi)）。相關(guān)知識(shí)—IEEE802.1w—快速生成樹(shù)協(xié)議相關(guān)知識(shí)—RSTP端口角色和端口狀態(tài)幾種不同的端口角色Rootport具有到根交換機(jī)的最短路徑的端口Designatedport每個(gè)LAN的通過(guò)該口連接到根交換機(jī)Alternateport根端口的替換口，一旦根端口失效，該口就立刻變?yōu)楦丝贐ackupportDesignatedport的備份口，當(dāng)一個(gè)交換機(jī)有兩個(gè)端口都連接在一個(gè)LAN上，那么高優(yōu)先級(jí)的端口為Designatedport，低優(yōu)先級(jí)的端口為BackupportUndesignatedport當(dāng)前不處于活動(dòng)狀態(tài)的口，即OperState為down的端口都被分配了這個(gè)角色相關(guān)知識(shí)—拓?fù)渥兓瘷C(jī)制拓?fù)涓淖兿?122

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓樸穩(wěn)定為一個(gè)樹(shù)型結(jié)構(gòu)大約需要1秒相關(guān)知識(shí)—MSTP技術(shù)簡(jiǎn)介MSTP協(xié)議instance：一臺(tái)交換機(jī)的一個(gè)或多個(gè)vlan的集合MSTregion：有著相同instance配置的交換機(jī)組成的域，運(yùn)行獨(dú)立的生成樹(shù)（IST，internalspanning-tree）CST（commonspanningtree）多個(gè)MSTregion組合既避免了環(huán)路的產(chǎn)生，也能讓相同vlan間的通訊不受影響

VLAN1VLAN2VLAN2ABCDMstregion1Mstregion2CSTVLAN1相關(guān)知識(shí)—生成樹(shù)協(xié)議的配置開(kāi)啟生成樹(shù)協(xié)議Switch(config)#Spanning-tree關(guān)閉生成樹(shù)協(xié)議Switch(config)#noSpanning-tree配置生成樹(shù)協(xié)議的類(lèi)型Switch(config)#Spanning-treemodestp/rstp銳捷全系列交換機(jī)默認(rèn)使用MSTP協(xié)議相關(guān)知識(shí)—生成樹(shù)協(xié)議的配置配置交換機(jī)優(yōu)先級(jí)Switch(config)#spanning-treepriority<0-61440>(“0”或“4096”的倍數(shù)、共16個(gè)、缺省32768)恢復(fù)到缺省值Switch(config)#no

spanning-treepriority配置交換機(jī)端口的優(yōu)先級(jí)Switch(config)#interfaceinterface-typeinterface-numberSwitch(config-if)#spanning-treeport-prioritynumberSpanningTree的缺省配置：關(guān)閉STPSTPPriority是32768STPportPriority是128STPportcost