13.-生成树协议stp

生成树协议STP日期：了解STP产生的背景理解STP基本工作原理掌握PVST的基本配置理解快速生成树协议的原理掌握快速生成树协议的基本配置课程目标学习完本课程，您应该能够：生成树的产生背景生成树协议STP的基本原理PVST协议配置快速生成树协议的原理与特点快速生成树协议的配置目录网络的冗余通过部署额外的设备或者链路，提高网络的可靠性PC1——PC4之间存在多条传输路径网络冗余可能带来的问题网络中形成了交换环路数据可能会沿着交换环路不断传输下去网络冗余带来的问题——示例1PC1发送的广播帧会沿着环无限循环要命的是：数据帧不像IP数据包，没有生存时间的限制，因此交换环路的影响比路由环路更大！网络冗余可能带来的问题——示例2PC1发往PC4的数据帧PC4可能会收到重复的数据帧路径环路的影响数据沿着交换环路无限循环——严重浪费网络资源怎么办？产生的原因：网络结构中包含环状结构，使得数据能够沿着环路循环解决方法：保证网络中各网段的连通性的同时，去除网络结构中所包含的环状结构路径环路的影响怎么去除环状结构将网络结构转变为树状结构SWASWB网段A网段BSWASWB网段A网段B路径回环的影响怎么去除环状结构将网络结构转变为树状结构交换机：树根或树杈网段：树枝SWASWB网段A网段B树根树杈路径环路的影响去除环状结构会不会降低网络的可靠性原来SWA与SWB之间有两条网络路径去除环状结构后，SWA与SWB之间只存在一条网络路径了——网段A！如果网段A发生故障，怎么办？SWASWB网段A网段BSWASWB网段A网段B路径环路的影响去除环状结构会不会降低网络的可靠性需要一种技术方法，使得SWA与SWB之间的网段A发生故障后，SWA与SWB可以动态的利用网段B进行传输SWASWB网段A网段BSWASWB网段A网段B恢复交换机与网段B的连接STP的作用生成树协议STP的作用通过在网络中构建树状结构，消除桥接网络中可能存在的路径环路当网络结构发生变化时（如链路断开、增加新链路），动态地对树状结构进行调整生成树的产生背景生成树协议STP的基本原理PVST协议配置快速生成树协议的原理与特点快速生成树协议的配置目录生成树协议STP怎么将网络结构转变为树状结构哪台交换机作为整棵树的树根每一个网段（树枝）应该连在哪个交换机上（树杈）一个网段只能连在一个树杈上生成树协议SWASWBSWCSTP（SpanningTreeProtocol，生成树协议）是用于在局域网中消除数据链路层物理环路的协议。通过在桥之间交换BPDU（BridgeProtocolDataUnit，桥协议数据单元），来保证交换机完成生成树的计算过程。BPDUBPDUBPDU生成树协议STPSTP协议工作的基本步骤哪台交换机作为整棵树的树根根桥的选举每一个网段（树枝）应该连在哪个交换机上（树杈）；每个交换机（树杈）应该连在哪个网段上交换机端口角色的确定根桥的选举SWASWBSWC根桥选举作为树根的交换机称为根桥网络中桥ID（BridgeID、BID）最小的交换机被选举为根桥交换机桥ID=桥优先级.交换机的桥MAC地址BridgeID:0.0000-0000-0000BridgeID:16.0000-0000-0001BridgeID:0.0000-0000-0002根桥的选举SWASWBSWC根桥选举如何比较交换机的桥ID先比较交换机的优先级，优先级小的桥ID更小如果优先级相同，再比较交换机的MAC地址BridgeID:0.0000-0000-0000BridgeID:16.0000-0000-0001BridgeID:0.0000-0000-0002确定了根桥之后，再确定每个网段连接在哪个树杈（交换机上）为每一网段计算该网段到根桥的最短路径最短路径上的第一台交换机就是该网段要连接的树杈SWASWBSWC根桥网段1Cost=10网段2Cost=20网段3Cost=30每个网段连接在哪个树杈（交换机上）SWASWBSWC根桥网段1Cost=10网段2Cost=20网段3Cost=30网段最短路径网段1直接相连网段2直接相连网段3SWB-SWA确定每个网段连接在哪个树杈（交换机上）后，再确定每个树杈连在哪个树枝上为每一交换机计算到根桥的最短路径最短路径上的第一个网段就是该交换机要连接的网段（树枝）SWASWBSWC根桥网段1Cost=10网段2Cost=20网段3Cost=30每个交换机连接在哪个树枝（网段上）SWASWBSWC根桥网段1Cost=10网段2Cost=20网段3Cost=30网段最短路径SWB网段1-SWASWC网段2-SWA不连接的网段（树枝）将与交换机（树杈）逻辑上断开当数据到达SWC时，SWC不会将数据发送至网段3，因此不会产生环路SWASWBSWC根桥网段1网段2网段3SWASWBSWC根桥网段2网段3网段1相关概念端口角色的确定指定端口（DesignatedPort，DP）网段到达根桥的最短路径上经过的第一个端口，称为该网段的指定端口指定桥（DesignatedBridge）网段到达根桥的最短路径上经过的第一台交换机，称为该网段的指定桥相关概念SWASWBSWC指定端口根桥的所有连接网段的端口，均为指定端口SWA的E0/1和E0/2分别属于网段1、网段2的指定端口SWB的E0/2端口属于网段3的指定端口Root网段1Cost=10网段2Cost=10网段3Cost=30E0/2E0/1相关概念根端口非根桥交换机在其到达根桥的最短路径上所使用的端口称为该交换机的根端口（RootPort，RP）每台非根桥交换机有且只有一个端口作为根端口SWB的E0/1SWC的E0/2SWASWBSWCRootE0/2E0/1网段1Cost=10网段2Cost=10网段3Cost=30相关概念非指定端口交换机既不是指定端口、也不是根端口的端口SWC的E0/1SWASWBSWCRoot网段1网段2网段3E0/2E0/1相关概念指定端口与根端口指定端口和根端口最终能够到达端口的转发状态，能够进行数据的接收与发送非指定端口非指定端口将保持在端口的阻塞状态，不能进行数据的转发SWC的E0/1：不会将数据通过E0/1转发到网段3SWASWBSWCRoot网段1网段2网段3E0/2E0/1端口状态转发状态（Forwarding）端口能够接收并发送BPDU，能够对接收到的数据帧进行转发；能够进行MAC地址的学习根端口、指定端口阻塞状态（Blocking）不发送BPDU，但接收BPDU；不会进行数据帧的转发；不会进行MAC地址的学习非指定端口相关概念指定端口与根端口指定端口和根端口最终能够到达端口的转发状态，能够进行数据的接收与发送还存在其它状态吗？端口状态侦听状态（Listenning）端口能够接收并发送BPDU，不能进行MAC地址的学习，不能对接收到的数据帧进行转发；学习状态（Learning）端口能够接收并发送BPDU，可以进行MAC地址的学习，但不能对接收到的数据帧进行转发；端口状态迁移转发学习监听阻塞15秒延迟时间15秒延迟时间非指定端口保持在阻塞状态，直到该端口被选为了指定端口或根端口端口被选为指定端口或根端口后，需要从阻塞状态经监听和学习状态才能到转发状态生成树协议SWASWBSWC树是如何计算出来的？由每台交换机相互合作计算出来的，每台交换机需要进行根桥的选举、端口角色的选择根桥的选举、端口角色的选择建立在传输的BPDU（BridgeProtocolDataUnit，桥协议数据单元基础之上。BPDUBPDUBPDU生成树协议SWASWBSWCBPDU包含哪些信息？我所认为的根桥它的桥ID是多少——大家对谁是根桥达成共识我到根桥的最短路径的开销是多少当交换机收到其它交换机的BPDU之后，将根据这些BPDU确定根桥，以及到根桥的最短路径BPDUBPDUBPDU生成树协议SWASWBSWC交换机周期性（默认每隔2秒）发送BPDU当网络结构发生变化时（如链路断开、增加新链路、链路开销的更改），将造成BPDU的变化交换机将根据收到的BPDU动态地对树状结构进行调整BPDUBPDUBPDU相关概念端口角色的确定关键在于计算到达根桥的最短路径交换机的最短路径：根端口网段的最短路径：指定端口如果出现两条或两条以上的最短路径，怎么办？相关概念根端口的确定SWD的根端口是E0/1还是E0/2SWASWBSWC根桥网段1Cost=19网段2Cost=19SWD网段3Cost=19网段4Cost=19E0/1E0/2相关概念根端口的确定当两条路径都是最短路径时，则需要首先判断SWB、SWC谁的桥ID小？谁小就选谁SWASWBSWC根桥网段1Cost=19网段2Cost=19SWD网段3Cost=19网段4Cost=19E0/1E0/2相关概念根端口的确定SWB的根端口是E0/3还是E0/4？SWASWB根桥网段1Cost=19网段2Cost=19E0/1E0/2E0/3E0/4相关概念根端口的确定当两条路径都是最短路径，而且路径上的第一台交换机相同时，此时需要判断SWA的E0/1和E0/2端口的ID谁小？谁小选谁SWASWB根桥网段1Cost=19网段2Cost=19E0/1E0/2E0/3E0/4相关概念端口ID端口ID=端口优先级.端口号端口优先级默认为128E0/1的端口号小于E0/2的端口号SWASWB根桥网段1Cost=19网段2Cost=19E0/1E0/2E0/3E0/4相关概念指定端口的确定当对于一个网段而言，存在两条或两条以上路径都是最短路径，此时指定端口的确定原则与根端口的确定原则一样生成树的产生背景生成树协议STP的基本原理PVST协议及其配置快速生成树协议的原理与特点快速生成树协议的配置目录每VLAN生成树协议（PVST）在思科设备中，默认情况下，生成树协议是以VLAN为单位进行配置与生成的——每VLAN生成树协议PVST为什么需要以VLAN为单位产生生成树如果只使用一颗生成树，则所有VLAN的流量将沿着这棵生成树上的链路进行传输，这将造成某些链路的传输能力并未完全充分利用带宽资源浪费SWB——SWC之间链路的传输能力并未充分利用SWASWBSWCRoot网段1网段2网段3E0/2E0/1每VLAN生成树协议（PVST）在思科设备中，默认情况下，生成树协议是以VLAN为单位进行配置与生成的——每VLAN生成树协议PVST为每一VLAN生成专属于该VLAN的生成树有利于交换机的负载均衡每个vlan的数据沿着不同的树进行转发，可以充分利用链路的带宽资源不同VLAN产生不同的生成树SWB——SWC之间链路的带宽可以被较为充分的利用SWASWBSWCRoot网段1网段2网段3E0/2E0/1SWASWBSWCRoot网段1网段2网段3E0/2E0/1VLAN10的生成树VLAN20的生成树生成树协议的配置默认情况下，交换机的STP协议是启动的对于管理人员而言，需要通过命令的配置，保证网络中的生成树能够以预期的方式产生例如：将网络中的高性能交换机作为根桥，端口的角色能够按照预先的规划进行设定生成树协议的配置对于管理人员而言，需要通过命令的配置，保证网络中的生成树能够以预期的方式产生如何决定哪台交换机是根桥？当根桥确定后，如何决定生成树长什么样子？生成树信息查看查看交换机上所有vlan的生成树信息查看指定vlan的生成树信息Switch#showspanning-treeSwitch#showspanning-treevlan编号生成树信息查看根桥信息根桥MAC地址根桥优先级交换机到达根桥最短路径开销交换机根端口生成树信息查看交换机地址优先级交换机桥ID信息B