網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)維情景二：以太網(wǎng)交換技術(shù)——STP理論講解引入家庭網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)關(guān)注和追求的目標(biāo)有很大的差別，用一個字來描述，就是家庭網(wǎng)絡(luò)唯“快”，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)唯“穩(wěn)”，所以企業(yè)網(wǎng)絡(luò)會用多臺交換機(jī)進(jìn)行備份，這樣就容易引起網(wǎng)絡(luò)環(huán)路問題，怎樣解決局域網(wǎng)中廣播風(fēng)暴的問題、環(huán)路問題就是這節(jié)課所要學(xué)的技術(shù)。STP概述01任務(wù)生成樹算法02任務(wù)以太網(wǎng)交換技術(shù)——STP情境二1RSTP/MSTP03任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解STP產(chǎn)生的背景掌握STP基本工作原理掌握RSTP和MSTP基本原理掌握生成樹協(xié)議的配置思政內(nèi)容與元素思政內(nèi)容：

團(tuán)隊(duì)合作與分工協(xié)作安全意識與風(fēng)險(xiǎn)管理思政元素：

團(tuán)隊(duì)精神：通過團(tuán)隊(duì)合作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和集體榮譽(yù)感。風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防：強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防的重要性，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會識別潛在風(fēng)險(xiǎn)，制定有效的預(yù)防措施1STP概述交換機(jī)工作原理根據(jù)MAC地址表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，如果地址未知，則廣播ABaabbA查MAC地址表，目的地址在表中不存在A廣播這個數(shù)據(jù)幀C廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在物理環(huán)路，會產(chǎn)生廣播風(fēng)暴AaabbBCA查MAC地址表，目標(biāo)地址在表中不存在，A廣播這個幀B與C查MAC地址表，未知目標(biāo)地址，B與C廣播該幀形成雙向廣播環(huán)，廣播永遠(yuǎn)不會停止，產(chǎn)生廣播風(fēng)暴廣播風(fēng)暴最終會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源耗盡，交換機(jī)死機(jī)！MAC地址表不穩(wěn)定這是廣播風(fēng)暴的附帶效果，交換機(jī)的基本功能有學(xué)習(xí)功能，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)幀后，交換機(jī)會查詢自身的MAC地址表，如果MAC地址表沒有源MAC地址和端口對應(yīng)的條目，會增加相應(yīng)條目。多播幀復(fù)制指對同一個數(shù)據(jù)幀交換機(jī)重復(fù)接收而導(dǎo)致不確定哪一個數(shù)據(jù)幀才是準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)幀的問題。在廣播風(fēng)暴中也隱藏了多播幀復(fù)制問題。STP協(xié)議介紹STP－SpanningTreeProtocol（生成樹協(xié)議、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IEEE802.1d標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議)邏輯上斷開環(huán)路，防止廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生當(dāng)線路出現(xiàn)故障，斷開的接口被激活，恢復(fù)通信，起備份線路的作用ABC2STP算法STP的算法STP將一個環(huán)形網(wǎng)絡(luò)生成無環(huán)拓樸的步驟：選擇根網(wǎng)橋（RootBridge）選擇根端口（RootPorts）選擇指定端口（DesignatedPorts）網(wǎng)橋是交換機(jī)的前身，由于STP是在網(wǎng)橋基礎(chǔ)上開發(fā)的，因此現(xiàn)在在交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)中仍然沿用網(wǎng)橋這一術(shù)語第一步：選擇根網(wǎng)橋選擇根網(wǎng)橋的依據(jù)網(wǎng)橋ID（BID）網(wǎng)橋ID是唯一的，交換機(jī)之間選擇BID值最小的交換機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)中的根網(wǎng)橋網(wǎng)橋優(yōu)先級網(wǎng)橋的MAC地址2字節(jié)6字節(jié)取值范圍：0～65535缺省值：32768選擇根網(wǎng)橋的目的是為了給將生成的樹形結(jié)構(gòu)確定一個樹根數(shù)字越小，優(yōu)先級越大STP選擇根網(wǎng)橋舉例根據(jù)網(wǎng)橋ID選擇根網(wǎng)橋ABC優(yōu)先級：4096

MAC地址：000d.2800.b100優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b101優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b102RootBridge下一步：選擇根端口以本拓樸為例，介紹STP的計(jì)算過程選擇根端口的依據(jù)在非根網(wǎng)橋上選擇一個到根網(wǎng)橋最近的端口作為根端口選擇根端口的依據(jù)是：根路徑成本最低直連的網(wǎng)橋ID最小端口ID最小根路徑成本根路徑成本－是網(wǎng)橋到根網(wǎng)橋的路徑上所有鏈路的成本之和RootBridge路徑成本：19路徑成本：100CBAPort1C的Port1根路徑成本＝19＋100＝119路徑成本路徑成本根據(jù)鏈路帶寬的高低規(guī)定鏈路帶寬（Mb/s）路徑成本020000010200010020010002010Gbps2端口ID端口ID的組成

端口優(yōu)先級

端口編號

8位8位取值范圍：0～255缺省值：128100MSTP選擇根端口舉例在非根橋上，選擇一個根端口（RP）ABC優(yōu)先級：4096

MAC地址：000d.2800.b100優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b101優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b102RootBridge下一步：選擇指定端口100M100MRootPortRootPort在B和C上，到達(dá)A最近的端口是B和C的根端口選擇指定端口的依據(jù)在每個網(wǎng)段上，選擇1個指定端口根橋上的端口全是指定端口非根橋上的指定端口：根路徑成本最低端口所在的網(wǎng)橋的ID值較小端口ID值較小STP選擇指定端口舉例在每個網(wǎng)段選擇1個指定端口（DP）100MABC優(yōu)先級：4096

MAC地址：000d.2800.b100優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b101優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b102RootBridge100M100MRootPort這個端口既不是根端口，也不是指定端口，STP將這個端口阻塞（Block）在這個網(wǎng)段上，B的網(wǎng)橋ID較小，所以B上的端口為指定端口DPDPDP根網(wǎng)橋上的端口都是指定端口STP計(jì)算結(jié)果經(jīng)過STP計(jì)算，最終的邏輯結(jié)構(gòu)為無環(huán)拓樸100MABC優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b101優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b102100M優(yōu)先級：4096

MAC地址：000d.2800.b100備份線路STP舉例DCABBID：32768000d.2800.b100BID：32768000d.2805.c100BID：32768000d.2810.d100BID：32768000d.2811.e100100M100M100M100M100MRootBridgeRPRPRPDPDPDPBlock經(jīng)過STP計(jì)算后的邏輯拓樸DCABBID：32768000d.2800.b100BID：32768000d.2805.c100BID：32768000d.2810.d100BID：32768000d.2811.e100100M100M100MRootBridgeBPDU（橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元）交換機(jī)之間使用BPDU來交換STP信息BPDUBridgeProtocolDataUnit－橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元使用組播發(fā)送BPDU，組播地址為：01-80-c2-00-00-00BPDU分為2種類型：配置BPDU－用于生成樹計(jì)算拓樸變更通告BPDU－用于通告網(wǎng)絡(luò)拓樸的變化有沒有想過，交換機(jī)怎么知道其他交換機(jī)的網(wǎng)橋ID？怎么知道哪個端口的根路徑成本最??？BPDU包含的關(guān)鍵字段字段字節(jié)作用協(xié)議ID2版本號1報(bào)文類型1標(biāo)識是配置BPDU還是TCNBPDU標(biāo)記域1根網(wǎng)橋ID8用于通告根網(wǎng)橋的ID根路徑成本4說明這個BPDU從根傳輸了多遠(yuǎn)發(fā)送網(wǎng)橋ID8發(fā)送這個BPDU網(wǎng)橋的ID端口ID2發(fā)送報(bào)文的端口的ID報(bào)文老化時(shí)間2計(jì)時(shí)器值，用于說明生成樹用多長時(shí)間完稱它的每項(xiàng)功能最大老化時(shí)間2訪問時(shí)間2轉(zhuǎn)發(fā)延遲2100MSTP使用BPDU選擇根網(wǎng)橋2-1100MAC網(wǎng)橋ID：

32768.000d.2800.b101網(wǎng)橋ID：32768.000d.2800.b102網(wǎng)橋ID：

4096.000d.2800.b100字段值根網(wǎng)橋ID32768.000d.2800.b101根路徑成本0發(fā)送網(wǎng)橋ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxxB交換機(jī)啟動時(shí)，假定自己是根網(wǎng)橋，在向外發(fā)送的BPDU中，根網(wǎng)橋ID字段填寫自己的網(wǎng)橋ID100M100M100MSTP使用BPDU選擇根網(wǎng)橋2-2100MAC字段值根網(wǎng)橋ID4096.000d.2800.b100根路徑成本0發(fā)送網(wǎng)橋ID4096.000d.2800.b100端口IDxxxx當(dāng)接收到其他交換機(jī)發(fā)出的BPDU后，比較網(wǎng)橋ID，選擇較小的添加到根網(wǎng)橋ID中100MA字段值根網(wǎng)橋ID4096.000d.2800.b100根路徑成本0發(fā)送網(wǎng)橋ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxxB100M網(wǎng)橋ID：

32768.000d.2800.b101網(wǎng)橋ID：32768.000d.2800.b102網(wǎng)橋ID：

4096.000d.2800.b100當(dāng)全網(wǎng)所有的交換機(jī)接收到全部的BPDU并作比較后，就可以選擇出唯一的一個根網(wǎng)橋STP使用BPDU計(jì)算根路徑成本2-1100M100M100MAC字段值根網(wǎng)橋ID4096.000d.2800.b100根路徑成本0發(fā)送網(wǎng)橋ID4096.000d.2800.b100端口IDxxxxAB根網(wǎng)橋發(fā)送根路徑成本為0的BPDU100MRootBridge網(wǎng)橋ID：

32768.000d.2800.b101網(wǎng)橋ID：32768.000d.2800.b102網(wǎng)橋ID：

4096.000d.2800.b100RootBridgeASTP使用BPDU計(jì)算根路徑成本2-2其他交換機(jī)接收到根網(wǎng)橋的BPDU后，在根路徑成本上添加接收接口的路徑成本，然后轉(zhuǎn)發(fā)100M100M100MAC字段值根網(wǎng)橋ID4096.000d.2800.b100根路徑成本19發(fā)送網(wǎng)橋ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxx100MB交換機(jī)保存接口的根路徑成本到內(nèi)存中網(wǎng)橋ID：

32768.000d.2800.b101網(wǎng)橋ID：32768.000d.2800.b102網(wǎng)橋ID：

4096.000d.2800.b100生成樹端口的狀態(tài)狀態(tài)用途轉(zhuǎn)發(fā)（Forwarding）發(fā)送和接收用戶數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)（Learning）構(gòu)建網(wǎng)橋表偵聽（Listening）構(gòu)建“活動”拓樸阻塞（Blocking）只接收BPDU禁用（Disable）強(qiáng)制關(guān)閉交換機(jī)端口的5種STP狀態(tài)端口狀態(tài)端口角色端口狀態(tài)端口行為端口關(guān)閉Disabled端口處于失效狀態(tài)，不接受發(fā)送任何報(bào)文非指定端口或根端口Blocking接收但不發(fā)送BPDU，不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)--Listening接收并發(fā)送BPDU，不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)--Learning接收并發(fā)送BPDU，進(jìn)行地址學(xué)習(xí)，不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)指定端口或根端口Forwarding接收并發(fā)送BPDU，接收并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)生成樹計(jì)時(shí)器20秒20秒15秒35秒15秒50秒阻斷傾聽轉(zhuǎn)發(fā)學(xué)習(xí)最大壽命轉(zhuǎn)發(fā)延遲轉(zhuǎn)發(fā)延遲交換機(jī)開機(jī)需要等待30秒時(shí)間開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)當(dāng)某個正在使用的鏈路斷掉，阻塞的端口需要50秒時(shí)間開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)3RSTP/MSTPRSTPIEEE802.1d設(shè)計(jì)雖然較好地完成了修剪環(huán)路網(wǎng)絡(luò)形成樹形結(jié)構(gòu)的任務(wù)，但是也有一些美中不足的地方，當(dāng)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，端口狀態(tài)轉(zhuǎn)化大概需要30S，這將導(dǎo)致發(fā)生變化就要斷網(wǎng)至少30S后才能恢復(fù)，整個網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性變差。RSTP（快速生成樹協(xié)議，IEEE802.1w）是STP協(xié)議的優(yōu)化版本，它繼承了STP的基本思想和優(yōu)點(diǎn)，新增了代替端口和備份端口，優(yōu)化了端口狀態(tài)和生成樹選舉，這樣可以快速應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?。RSTP講STP的五種端口狀態(tài)縮減為三種，分別是丟棄狀態(tài)、學(xué)習(xí)狀態(tài)和轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，更少的狀態(tài)可以加快生成樹協(xié)議的收斂。MSTP傳統(tǒng)STP/RSTP采用的是共享生成樹，所有VLAN共享一個生成樹，所有交換機(jī)的端口要么處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，要么處于阻塞狀態(tài)，這樣的配置方式會帶來很多的資源浪費(fèi)問題。IEEE802.1s定義的MSTP是一種可以實(shí)現(xiàn)將快速生成樹算法擴(kuò)展到多個生成樹上，自定義負(fù)載均衡、自由度較高的生成樹協(xié)議。通過MSTP協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)生成樹實(shí)例的自定義，每個實(shí)例中可以自由地添加一個或多個VLAN，每個實(shí)例維護(hù)各自的生成樹，這樣高度自由化的操作方