18STP.RSTP.MSTP教材

三康技术有限公司Huawei-3ComTechnologiesCo.,Ltd.文档编号DocumentID密级Confidentialitylevel内部公开文档状态DocumentStatus共81页Total81pagesDraft1.00STP/RSTP/MSTP基础拟制Preparedby边江02193Date日期2005-02-26评审人ReviewedbyDate日期批准ApprovedbyDate日期华为三康技术有限公司Huawei-3ComTechnologiesCo.,Ltd.版权所有侵权必究AllrightsreservedSTP/RSTP/MSTP基础教材内部公开2005-02-26内部资料，请勿扩散2目录TableofContents1STP/RSTP基础51.1培训目标51.2STP出现的背景61.3STP的基本概念81.3.1基本思想81.3.2一个根桥101.3.3二种度量111.3.4三要素选举131.3.5四个比较原则151.3.6五种端口状态191.4STP技术细节211.4.1初始化生成树的过程211.4.2拓扑稳定之后251.4.3STP协议报文261.4.4端口的状态迁移291.4.5STP拓扑变化301.4.63个计时器311.4.7拓扑变化321.5RSTP对STP的改进351.5.1端口角色的增补371.5.2端口状态的重新划分401.5.3BPDU格式的改变411.5.4BPDU的处理方式421.5.5快速收敛机制431.5.6我司交换机的其他实现特性441.6RSTP技术细节451.6.1P/A协商：快速收敛机制451.6.2RSTP的拓扑变化处理481.6.3RSTP与STP的互操作491.7Cisco的STP特性50STP/RSTP/MSTP基础教材内部公开2005-02-26内部资料，请勿扩散31.7.1PVST和PVST+501.7.2PortFast511.7.3UplinkFast和BackboneFast522MSTP基础532.1培训目标532.2协议产生背景542.2.1RSTP回顾542.3协议基本内容582.3.1MSTP基本思想582.3.2MSTI602.3.3IST和CST612.3.4CIST和SST622.3.5MST域632.3.6角色修改652.4协议具体行为672.4.1MSTP基本原则672.4.2MSTP消息优先级向量692.4.3BPDU格式变化712.4.4拓扑收敛752.5配置实例762.5.1配置命令列举762.5.2组网实例782.6更多探讨82推荐阅读84参考资料84STP/RSTP/MSTP基础教材内部公开2005-02-26内部资料，请勿扩散4表目录TableofForms表1IEEE802.1t路径开销列表...............................................................................................12表2STP端口五种状态...........................................................................................................20表3配置BPDU基本格式......................................................................................................27表4Flag字段格式..................................................................................................................27表5RSTPFlag字段格式.......................................................................................................41表6MSTBPDU和RSTBPDU相同的前35字节.................................................................73表7MST专有字段.................................................................................................................73表8MSTI配置信息................................................................................................................73STP/RSTP/MSTP基础教材内部公开2005-02-26华为三康机密，未经许可不得扩散第5页,共81页STP/RSTP/MSTP基础教材1STP/RSTP基础1.1培训目标培训目标•了解STP系列协议的产生背景•了解STP的基本概念•了解STP的基本原理•描述简单的STP收敛行为•在H3C设备上正确的配置STP生成树协议（Spanning-TreeProtocol，以下简称STP）是一个用于在局域网中消除环路的协议。运行该协议的交换机通过彼此交互信息而发现网络中的环路，并适当对某些端口进行阻塞以消除环路。由于局域网规模的不断增长，STP已经成为了当前最重要的局域网协议之一。完成本教程，读者应该能够描述STP、RSTP的基本原理、交换机行为、端口状态、角色以及具体组网应用，大体了解在网络拓扑发生变化后收敛的过程；能够描述STP的一些不足，以及RSTP对STP的改进。STP/RSTP/MSTP基础教材内部公开2005-02-26华为三康机密，未经许可不得扩散第6页,共81页1.2STP出现的背景STP出现的背景•现代交换网络的环路问题•思考：图1中的拓扑会产生什么问题？图1提及生成树协议的由来，我们先来看看没有生成树的网络。如图1展示了现在普遍采用的多交换机来实现冗余的局域网结构。STP/RSTP/MSTP基础教材内部公开2005-02-26华为三康机密，未经许可不得扩散第7页,共81页STP出现的背景•在图1所示的网络中，会产生如下的两种情况：•广播环路（BroadcastLoop）：广播会被无休止的转发。•MAC地址表震荡（BridgeTableFlapping）：即使是单播，也有可能导致异常。在图1所示的网络中，可能产生如下的两种情况：广播环路（BroadcastLoop）显然，当PCA发出一个DMAC为广播地址的数据帧时，该广播会被无休止的转发。MAC地址表震荡（BridgeTableFlapping）在图1中，即使是单播，也有可能导致异常。交换机SW1可以在端口B上学习到PCB的MAC地址，但是由于SW2会将PCB发出的数据帧向自己其它的端口转发，所以SW1也可能在端口A上学习到PCB的MAC地址。如此SW1会不停的修改自己的MAC地址表。这样就引起了MAC地址表的抖动（Flapping）。STP/RSTP/MSTP基础教材内部公开2005-02-26华为三康机密，未经许可不得扩散第8页,共81页1.3STP的基本概念1.3.1基本思想STP的基本概念•STP针对前面所述的环路情况产生–IEEEstd802.1D标准中描述了STP协议•STP的基本思想–STP可以在保持物理连接成环的情况下有效的消除网络中的环路。STP可以消除网络中的环路。其基本理论依据是根据网络拓扑构建（生成）无回路的连通图（就是树），从而保证数据传输路径的唯一性，避免出现环路报文流量增生和循环。STP是工作在OSI第二层（DataLinkLayer）的协议。STP/RSTP/MSTP基础教材内部公开2005-02-26华为三康机密，未经许可不得扩散第9页,共81页STP的基本概念•STP通过阻塞适当的端口来避免环路–如图2中，在使能了STP后，SW3的B端口不再转发流量，从而达到修剪冗余链路的目的一些概念：•根桥/指定桥•指定端口•根端口•桥ID•根路径开销•端口ID图2STP协议通过在交换机之间传递特殊的消息并进行分布式的计算，来决定一个有环路的网络中，哪台交换机的哪个端口应该被阻塞（Blocking），用这种方法来剪切掉环路。IEEEstd802.1D协议文档的第8章描述了STP。STP/RSTP/MSTP基础教材内部公开2005-02-26华为三康机密，未经许可不得扩散第10页,共81页1.3.2一个根桥STP的基本概念•一个根桥–对于一个STP网络，根桥有且只有一个。它是整个网络的逻辑中心，但不一定是物理中心。根据网络拓扑的变化，根桥可能改变。–STP交换机之间通过比较BID（桥ID）来选举根桥。树形的网络结构，必须要有根，于是STP引入了根桥（RootBridge）的概念。对于一个STP网络，根桥有且只有一个。它是整个网络的逻辑中心，但不一定是物理中心。但是根据网络拓扑的变化，根桥可能改变。而且一旦网络收敛之后，只有根桥按照一定的时间间隔产生并且向外发送一种称为“配置消息”的协议报文，其他的交换机仅对该种报文进行“接力”，这样来保证拓扑的稳定。STP/RSTP/MSTP基础教材内部公开2005-02-26华为三康机密，未经许可不得扩散第11页,共81页1.3.3二种度量STP的基本概念•两种度量–生成树的生成计算有两大基本度量依据：ID和路径开销（PC，PathCost）。–ID又分为两种：BID（桥ID）和PID（端口ID）。–路径开销为端口量，描述了端口连接网络的“优劣”。此外，从根桥出发，在经过不同的STP交换机累加路径开销得到“根路径开销”。根路径开销反映了某端口到根桥的“远近”。生成树的生成计算有两大基本度量依据：ID和路径开销（PC，PathCost）。ID又分为两种：BID和PID。BID即BridgeID，或称为桥ID。IEEE802.1D标准对这个值的规定是由16位的桥优先级（BridgePriority）与桥MAC地址构成。BID桥优先级占据高16位，其余的低48位是MAC地址。在STP网络中，桥ID最小的交换机会被选举为根桥。在我司设备上，桥优先级可以手工配置0–61440（默认为32768）。PID即PortID，或称为端口ID。也是由两部分构成的，高8位是端口优先级，低位是端口号。PID只在某些情况下对选择指定端口有作用。在我司设备上，端口优先级可以手工配置0–240（默认为128）。STP/RSTP/MSTP基础教材内部公开2005-02-26华为三康机密，未经许可不得扩散第12页,共81页STP的基本概念•拥有最小BID的交换机被选举为根桥•每个交换机上根路径开销最小的端口将成为根端口图3路径开销（PathCost）是一个端口量，反映了本端口所连接网络的开销。该值越低，表示这个端口连接的网络越好。在一个STP网络中，某端口到根桥累计的路径开销就是通过所经过的各个桥上的各端口的路径开销累加而成，这个值叫做根路径开销（RootPathCost）。根路径开销的作用将在后文介绍。IEEE802.1t中规定的路径开销如表1所示，而各厂商采用的路径开销标准不尽相同。表1IEEE802.1t路径开销列表带宽STP路径开销4Mbps25010Mbps10016Mbps6245Mbps39100Mbps19155Mbps14622Mbps61Gbps410Gbps2STP/RSTP/MSTP基础教材内部公开2005-02-26华为三康机密，未经许可不得扩散第13页,共81页1.3.4三要素选举STP的基本概念•三要素的选举–从一个初始的有环拓扑生成树状拓扑，总体来说有三个要素：根桥、根端口