1、生成樹協(xié)議原理與配置,1. 冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),交換機(jī)間冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),關(guān)鍵設(shè)備和鏈路需要進(jìn)行備份,1. 冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),采用冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雖然保證了當(dāng)設(shè)備或鏈路故障時提供備份設(shè)備或鏈路，從而不影響正常的通信。 但是，這些冗余設(shè)備及鏈路構(gòu)成的環(huán)路將會引發(fā)很多問題:廣播風(fēng)暴、單幀的多次遞交、橋接表的不穩(wěn)定,1.1 廣播風(fēng)暴,交換機(jī)間的循環(huán)鏈路,1.2 單幀的多次遞交,單幀的多次遞交,1.3 橋接表的不穩(wěn)定,橋接表的不穩(wěn)定性問題 如果交換機(jī)在不同的端口收到同一個幀，它的MAC數(shù)據(jù)庫將會變得不穩(wěn)定。,2 . 生成樹協(xié)議概述,2.1 生成樹協(xié)議概述 生成樹協(xié)議（Spanning Tree Protocol，STP

2、）起源于DEC公司的“網(wǎng)橋到網(wǎng)橋”協(xié)議。后來，IEEE 802委員會制定了生成樹協(xié)議的規(guī)范802.1d。 是一個第2層的管理協(xié)議。其目標(biāo)是在物理環(huán)路上建立一個無環(huán)的邏輯鏈路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。,生成樹協(xié)議操作,生成樹協(xié)議有哪些 IEEE協(xié)會通過了IEEE802.1d協(xié)議，即開天辟地的第一代生成樹協(xié)議STP，這個協(xié)議和其他協(xié)議一樣，都是隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展而不斷更新?lián)Q代的。到現(xiàn)在為止，該協(xié)議一共有三代; 第一代 STP/RSTP 第二代PVST/PVST+（思科特有） 第三代 MTSTP/MSTP,STP運(yùn)行原理簡介,通過阻斷冗余鏈路將一個有環(huán)路的橋接網(wǎng)絡(luò)修剪成一個無環(huán)路的樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即：能夠確保數(shù)據(jù)幀在

3、某一時刻從一個源出發(fā)，到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中任何一個目標(biāo)的路徑只有一條，而其他的路徑都處于非激活狀態(tài)（不能進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)），如果在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)某條正在使用的鏈路出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡(luò)中開啟了STP技術(shù)的交換機(jī)會將非激活狀態(tài)的阻塞端口打開，恢復(fù)曾經(jīng)斷開的鏈路，確保網(wǎng)絡(luò)的連通性。,如上圖所示：從到達(dá)的數(shù)據(jù)幀會經(jīng)過中間由三臺交換機(jī)組成的環(huán)路，協(xié)議會選擇一條最短的路徑讓數(shù)據(jù)幀從到達(dá)。假如，協(xié)議通過計(jì)算，認(rèn)為走路路到達(dá)是最短路徑，那么路就會處于非激活狀態(tài)，即路上有關(guān)的端口會處于堵塞狀態(tài)。如果交換機(jī)出現(xiàn)了故障導(dǎo)致路和3路不能走了，那么STP就會激活1路，確保數(shù)據(jù)幀能夠到達(dá).,2.2 STP原理-順序四步走：,選擇根橋（根交換機(jī)）

4、在網(wǎng)路中需要選擇一臺根交換機(jī)RB，選擇RB就需要交換機(jī)們自己選擇，需要交換機(jī)們通信，這些信息被稱為BPDU（橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元），每2秒發(fā)送一次，BPDU中包含的信息較多，但是RB的選擇只比較BID（橋ID），BID最小的就是根交換機(jī)。 BID=橋優(yōu)先級+橋MAC地址。先比較橋優(yōu)先級，然后再比較橋MAC地址的優(yōu)先級，一般來說，橋優(yōu)先級都是一樣的，都是32768，所以一般只比較橋MAC地址，MAC地址最?。ㄒ簿褪荁ID最小）的作為RB。 例如：SW1：Default優(yōu)先級 32768 MAC 0c0011111111 SW2：Default優(yōu)先級 32768 MAC 0c0022222222 很明顯

5、，在優(yōu)先級相等的情況下，MAC地址SW2的小，所以SW2為根交換機(jī)。,根網(wǎng)橋的所有端口都不會阻塞，即都處于轉(zhuǎn)發(fā)包的狀態(tài),選擇根端口（要從離根橋最近的端口選） 對于每臺非根橋，要選擇一個端口用來連接到根橋，這就是根端口 注意：根端口只能在非根交換機(jī)上選取的 當(dāng)非根橋有多個端口可以連接到根橋時，應(yīng)該選擇性能比較好的端口作為根端口，選擇的依據(jù)是： 首先比較開銷Q，其次比較PID（端口ID）,根據(jù)根橋的選取，可以判斷SwitchZ為根橋，也就是根交換機(jī)。那么SwitchX和SwitchY為非根橋，非根橋SwitchX需要選擇一個端口（只能選擇一個端口）用來連接SwitchZ（根橋），首先比較的是開銷Q

6、：,通過Port0連接到根橋，Q=19. 通過Port1連接到根橋，Q=100+19=119. 很明顯通過Port0連接到根橋的開銷Q小，所以選擇SwitchX和SwitchY的Port0為根端口。 但是假設(shè)Q相同的話，就需要比較PID了，PID=端口優(yōu)先級+端口號，一般來說端口優(yōu)先級是默認(rèn)的，所以，端口號越小的端口，將成為根端口。 注意： 先比較開銷，再比較PID。,3.選擇指定端口,在每一個交換機(jī)之間的鏈路上選擇一個端口，作為指定端口 例如：如下圖所示： 上圖中共有3個網(wǎng)段，X-Z，Y-Z，X-Y，其中前兩個網(wǎng)段的指定端口都是SwitchZ（根橋）上的端口，因?yàn)楦鶚驔]有根端口，有的只是指定

7、端口，而X-Y（紅線網(wǎng)段）的指定端口需要選擇，依據(jù)如下： X到達(dá)根橋的開銷Q=19 Y到達(dá)根橋的開銷Q=19 由于Q相同，需要比較BID（指定端口ID），SwitchX的BID小，所以位于SwitchX上的port1將成為該網(wǎng)段的指定端口。,對于根網(wǎng)橋來說，其每個端口都是指定端口。,、DP設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，其他端口設(shè)為阻塞狀態(tài) 選出來的RP和DP將設(shè)為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，既不是根端口也不是指定端口的其他端口將被Block！ 通過上述四部走，就可以形成無環(huán)路的網(wǎng)絡(luò)。,STP舉例,BID：32768 000d.2800.b100,BID：32768 000d.2805.c100,BID：32768 000d.2

8、810.d100,BID：32768 000d.2811.e100,100M,100M,100M,100M,100M,Root Bridge,RP,RP,RP,DP,DP,DP,Block,經(jīng)過STP計(jì)算后的邏輯拓樸,BID：32768 000d.2800.b100,BID：32768 000d.2805.c100,BID：32768 000d.2810.d100,BID：32768 000d.2811.e100,100M,100M,100M,Root Bridge,2.3 生成樹協(xié)議操作,交換機(jī)端口的四種狀態(tài),生成樹協(xié)議操作,1.阻塞狀態(tài) 啟動時，每個端口都處于阻塞狀態(tài)以防止出現(xiàn)環(huán)路。此時端

9、口可以發(fā)送和接收BPDU消息，但是不能發(fā)送任何用戶數(shù)據(jù)。 交換機(jī)間將通過收發(fā)BPDU消息來確定誰是根網(wǎng)橋。 此狀態(tài)會持續(xù)20秒鐘，接下來將轉(zhuǎn)入偵聽狀態(tài)。,生成樹協(xié)議操作,2.偵聽狀態(tài) 交換機(jī)間將繼續(xù)收發(fā)BPDU消息。這時，仍不能發(fā)送任何用戶數(shù)據(jù)。 在該狀態(tài)下，交換機(jī)將確定根端口和指定端口。 此狀態(tài)會持續(xù)15秒鐘。 在這個階段結(jié)束時,那些既不是根端口，也不是指定端口的端口將成為非指定端口并返回到阻塞狀態(tài)。而根端口和指定端口將轉(zhuǎn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。,生成樹協(xié)議操作,3.學(xué)習(xí)狀態(tài) 交換機(jī)開始接收用戶數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶數(shù)據(jù)內(nèi)容建立橋接表。但仍然不能轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)。 此狀態(tài)會持續(xù)15秒鐘。接下來處于學(xué)習(xí)狀態(tài)的端口將

10、進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。 4.轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài) 在轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)下，端口開始轉(zhuǎn)發(fā)用戶的數(shù)據(jù)包。,生成樹協(xié)議操作,5.無效狀態(tài) 無效狀態(tài)不是正常生成樹協(xié)議的狀態(tài)。當(dāng)一個接口處于無外接鏈路、被管理性關(guān)閉時，它將處于無效狀態(tài)。 處于無效狀態(tài)的端口不接收BPDU。,STP存在的問題,STP收斂速度過慢 通常運(yùn)行STP的網(wǎng)絡(luò)的收斂速度達(dá)到30-50s 一些動態(tài)路由協(xié)議如OSPF可提供1s以內(nèi)的收斂時間 STP不具有競爭性,STP：收斂時間50s,OSPF：收斂時間1s,RSTP概念,IEEE 802.1w RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成樹協(xié)議）對于STP技術(shù)的改進(jìn)主要在于縮短網(wǎng)絡(luò)的

11、收斂時間。RSTP的收斂時間最快可以達(dá)到1s以內(nèi)。 RSTP具有向下兼容的特性，如果網(wǎng)絡(luò)中部分交換機(jī)運(yùn)行STP，那么運(yùn)行RSTP的交換機(jī)會自動以STP方式運(yùn)行。,傳統(tǒng)生成樹的問題,STP和RSTP，在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行生成樹計(jì)算的時候都沒有考慮到VLAN的情況 傳統(tǒng)生成樹的計(jì)算結(jié)果可能會導(dǎo)致VLAN之間通信的鏈路被阻斷 例如上圖中的switchA和switchC之間的鏈路被阻斷,無法實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān),VLAN 20,VLAN 10,Backup狀態(tài),左邊鏈路的端口處于fordwarding狀態(tài) 右邊鏈路的端口為backup狀態(tài) 所有數(shù)據(jù)都從左邊鏈路走,無法實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān),RSTP的缺陷,多生成樹協(xié)議,協(xié)議基

12、本思想,多生成樹協(xié)議（Multiple Spanning Tree Protocol） 802.1s幾番修訂，提出了VLAN和生成樹之間的“映射”思想 一個或若干個VLAN可以映射到同一棵生成樹，但是每個VLAN只能在一棵生成樹里。 一個交換機(jī)可以跑多個生成樹，為了區(qū)分，每一個生成樹叫做一個MSTI（多生成樹實(shí)例）。 “域”的概念提出是一種抽象思想，把幾個交換機(jī)和其間的網(wǎng)段抽象成一個節(jié)點(diǎn)。 802.1s d9：“MSTI的狀態(tài)機(jī)和RSTP一致”,生成樹協(xié)議版本號,生成樹目前包含三種協(xié)議： 單生成樹協(xié)議（STP） 協(xié)議版本號為 0 快速生成樹協(xié)議（RSTP） 協(xié)議版本號為 2 多生成樹協(xié)議（MSTP） 協(xié)議版本號為 3,三種生成樹的比較,STP的特性 形成一棵無環(huán)路的樹：解決廣播風(fēng)暴并實(shí)現(xiàn)冗余備份 RSTP的特性 形成一棵無環(huán)路的樹：解決廣播風(fēng)暴并實(shí)現(xiàn)冗余備份 快速收斂 根端口快速進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài) 采用