网络基础知识STP协议

STP协议第2章本章目标•能够通过配置交换机的网桥优先级，来选择合适的根网桥，使网络的整体稳定性提高•能够通过PVST的配置实现交换网络的负载分担–理解STP的工作原理–了解PVST与CST的区别–掌握PVST的配置命令•能够正确的配置上行速链路和速端口•能够配置EthernetChannel本章结构STP协议STP的功能EthernetChannelSTP的工作原理PVST防止广播风暴算法BPDU包生成树端口的状态工作原理配置交换机工作原理•根据MAC地址表转发数据帧，如果地址未知，则广播ABaabbA查MAC地址表，目的地址在表中不存在A广播这个数据帧C广播风暴的产生•当网络中存在物理环路，会产生广播风暴AaabbBCA查MAC地址表，目标地址在表中不存在，A广播这个帧B与C查MAC地址表，未知目标地址，B与C广播该帧形成双向广播环，广播永远不会停止，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！STP协议介绍•STP－SpanningTreeProtocol（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ABCSTP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（RootBridge）–选择根端口（RootPorts）–选择指定端口（DesignatedPorts）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数字越小，优先级越大STP选择根网桥举例•根据网桥ID选择根网桥ABC优先级：4096MAC地址：000d.2800.b100优先级：32768MAC地址：000d.2800.b101优先级：32768MAC地址：000d.2800.b102RootBridge下一步：选择根端口以本拓朴为例，介绍STP的计算过程选择根端口的依据•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–端口ID最小根路径成本•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RootBridge路径成本：19路径成本：100CBAPort1C的Port1根路径成本＝19＋100＝119路径成本•路径成本根据链路带宽的高低规定链路带宽（Mb/s）路径成本10100166245391001915514622610004100002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：128100MSTP选择根端口举例•在非根桥上，选择一个根端口（RP）ABC优先级：4096MAC地址：000d.2800.b100优先级：32768MAC地址：000d.2800.b101优先级：32768MAC地址：000d.2800.b102RootBridge下一步：选择指定端口100M100MRootPortRootPort在B和C上，到达A最近的端口是B和C的根端口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STP选择指定端口举例•在每个网段选择1个指定端口（DP）100MABC优先级：4096MAC地址：000d.2800.b100优先级：32768MAC地址：000d.2800.b101优先级：32768MAC地址：000d.2800.b102RootBridge100M100MRootPort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DPDPDP根网桥上的端口都是指定端口STP计算结果•经过STP计算，最终的逻辑结构为无环拓朴100MABC优先级：32768MAC地址：000d.2800.b101优先级：32768MAC地址：000d.2800.b102100M优先级：4096MAC地址：000d.2800.b100备份线路STP举例DCABBID：32768000d.2800.b100BID：32768000d.2805.c100BID：32768000d.2810.d100BID：32768000d.2811.e100100M100M100M100M100MRootBridgeRPRPRPDPDPDPBlock经过STP计算后的逻辑拓朴DCABBID：32768000d.2800.b100BID：32768000d.2805.c100BID：32768000d.2810.d100BID：32768000d.2811.e100100M100M100MRootBridgeBPDU（桥协议数据单元）•交换机之间使用BPDU来交换STP信息•BPDU–BridgeProtocolDataUnit－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？BPDU包含的关键字段字段字节作用协议ID2版本号1报文类型1标识是配置BPDU还是TCNBPDU标记域1根网桥ID8用于通告根网桥的ID根路径成本4说明这个BPDU从根传输了多远发送网桥ID8发送这个BPDU网桥的ID端口ID2发送报文的端口的ID报文老化时间2计时器值，用于说明生成树用多长时间完称它的每项功能最大老化时间2访问时间2转发延迟2100MSTP使用BPDU选择根网桥2-1100MAC网桥ID：32768.000d.2800.b101网桥ID：32768.000d.2800.b102网桥ID：4096.000d.2800.b100字段值根网桥ID32768.000d.2800.b101根路径成本0发送网桥ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxxB•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ID100M100M100MSTP使用BPDU选择根网桥2-2100MAC字段值根网桥ID4096.000d.2800.b100根路径成本0发送网桥ID4096.000d.2800.b100端口IDxxxx•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100MA字段值根网桥ID4096.000d.2800.b100根路径成本0发送网桥ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxxB100M网桥ID：32768.000d.2800.b101网桥ID：32768.000d.2800.b102网桥ID：4096.000d.2800.b100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STP使用BPDU计算根路径成本2-1100M100M100MAC字段值根网桥ID4096.000d.2800.b100根路径成本0发送网桥ID4096.000d.2800.b100端口IDxxxxAB•根网桥发送根路径成本为0的BPDU100MRootBridge网桥ID：32768.000d.2800.b101网桥ID：32768.000d.2800.b102网桥ID：4096.000d.2800.b100RootBridgeASTP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100M100M100MAC字段值根网桥ID4096.000d.2800.b100根路径成本19发送网桥ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxx100MB交换机保存接口的根路径成本到内存中网桥ID：32768.000d.2800.b101网桥ID：32768.000d.2800.b102网桥ID：4096.000d.2800.b100生成树端口的状态状态用途转发（Forwarding）发送和接收用户数据学习（Learning）构建网桥表侦听（Listening）构建“活动”拓朴阻塞（Blocking）只接收BPDU禁用（Disable）强制关闭•交换机端口的5种STP状态生成树计时器20秒20秒15秒35秒15秒50秒阻断倾听转发学习最大寿命转发延迟转发延迟•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阶段总结•如何确定哪些端口被block，哪些端口的状态为forward–选举根网桥–选举根端口–选举指定端口•生成树端口的状态•生成树计时器VLAN与STPVLAN3VLAN2VLAN2VLAN1VLAN1VLAN3•标准的生成树协议（CST）不考虑VLAN经过STP计算，会有一条链路被断开PVST（按VLAN生成树）•PVST是Cisco私有的，为每个VLAN构造一棵生成树VLAN3VLAN2VLAN2VLAN1VLAN1VLAN3PVST+PVST+区域PVST区域CST区域•PVST＋–Cisco私有–可以与CST互操作–用来连接PVST与CST区域PVST的配置生成树自动运行，为什么还要进行配置？•配置网络中比较稳定的交换机为根网桥•利用PVST实现网络的负载分担PVST在实际中的应用V1－V10VLAN1－5的根网桥VLAN6－10的根网桥V1－V10V1－V10VLAN1－5的根端口VLAN1－5数据的流向VLAN6－10的根端口VLAN6－10数据的流向接入交换机PVST的配置命令2-1•启用生成树Switch(config)#spanning-treevlanvlan-list•设置根网桥Switch(config)#spanning-treevlanvlan-listrootprimary|secondary•修改网桥的优先级Switch(config)#spanning-treevlanvlan-listpriorityBridge-priority设置为根网桥后，优先级变成24576优先级的值为4096的倍数PVST的配置命令2-2•修改端口成本Switch(config-if)#spanning-treevlanvlan-listcostcost•修改端口优先级Switch(config-if)#spanning-treevlanvlan-listport-prioritypriority•配置上行速链路Switch(config)#spanning-treeuplinkfast•配置端口速链路Switch(config-if)#spanning-treeportfastPVST配置的查看•查看生成树的配置Switch#showspanning-tree•查看某个VLAN的生成树详细信息Switch#showspanning-treevlanvlan-iddetailPVST配置实例11-1CABDPort24Port24Port23Port23Port22Port23Port23Port22Port22Port2232768.000d.28bf.4b4032768.0013.6007.6a0032768.000d.2861.b10032768.000d.28bf.1140缺省情况下的STPRootBridgeBlock希望的配置结果Vlan1-4Vlan1-4Vlan1-2的根网桥Vlan3-4的根网桥PVST配置实例11-2•配置SwA为VLAN1和2的根网桥SwA(config)#spanning-treevlan1rootprimarySwA(c