路由与交换技术-第3章要点优秀PPT.ppt

2006工程兵工程学院 计算机教研室路由和交换技术第三章生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术第第3章章 生成树协议生成树协议本章主要内容本章主要内容n生成树协议的作用生成树协议的作用n生成树协议工作过程生成树协议工作过程n快速生成树协议快速生成树协议n多生成树协议多生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术3.1 生成树协议的作用生成树协议的作用本讲主要内容本讲主要内容环路引发广播风暴环路引发广播风暴树形网络弱牢靠性树形网络弱牢靠性生成树协议的由来和发展生成树协议的由来和发展生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术一、环路引发的广播风暴一、环路引发的广播风暴n网桥自动学习地址机制要求网桥间不允许存在环路；网桥自动学习地址机制要求网桥间不允许存在环路；n或是构建树形以太网结构，或是找出一种消退以太网环路或是构建树形以太网结构，或是找出一种消退以太网环路的机制；的机制；n生成树协议就是一种消退以太网环路机制。生成树协议就是一种消退以太网环路机制。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术二、树形网路的弱牢靠性二、树形网路的弱牢靠性树形网络任何一段链树形网络任何一段链路发生故障，就有可路发生故障，就有可能使一部份终端无法能使一部份终端无法和网络中的其他终端和网络中的其他终端通信通信 。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术n消退网桥之间的环路；消退网桥之间的环路；n当因为链路故障，影响网桥之间连通性时，通过启当因为链路故障，影响网桥之间连通性时，通过启动消退环路时被堵塞的端口，重新保证网桥之间的动消退环路时被堵塞的端口，重新保证网桥之间的连通性。连通性。三、生成树协议由来和发展三、生成树协议由来和发展生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术3.2 生成树协议工作过程生成树协议工作过程本讲主要内容本讲主要内容n生成树协议操作步骤生成树协议操作步骤n生成树协议构建生成树过程生成树协议构建生成树过程n生成树协议的容错功能生成树协议的容错功能n端口状态和定时器端口状态和定时器n网桥转发表刷新机制网桥转发表刷新机制nSTPSTP例题解析例题解析生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术一、生成树协议操作步骤一、生成树协议操作步骤n产生根网桥；产生根网桥；n找出其他网桥与根网桥之间路劲最短的根找出其他网桥与根网桥之间路劲最短的根端口；端口；n对任何和两个或以上网桥端口相连的链路，对任何和两个或以上网桥端口相连的链路，找出指定网桥和指定端口。找出指定网桥和指定端口。网桥标识符网桥标识符 生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术二、生成树协议构建生成树过程二、生成树协议构建生成树过程本讲主要内容本讲主要内容nBPDUBPDU格式格式n生成树协议工作原理生成树协议工作原理n生成树协议操作过程生成树协议操作过程生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术1 1BPDUBPDU格式格式根网桥标识符是发送该根网桥标识符是发送该BPDUBPDU的网桥学习到的网桥学习到的根网桥的网桥标识符，任何一个网桥将通的根网桥的网桥标识符，任何一个网桥将通过接收到的过接收到的BPDUBPDU学习到的网桥标识符最小的学习到的网桥标识符最小的网桥作为根网桥。网桥作为根网桥。根路径距离是发送该根路径距离是发送该BPDUBPDU的网桥至根网桥的网桥至根网桥的最短路径的距离。的最短路径的距离。发送网桥标识符是发送该发送网桥标识符是发送该BPDUBPDU的网桥的网的网桥的网桥标识符。桥标识符。发送端口标识符是发送该发送端口标识符是发送该BPDUBPDU的网桥输出的网桥输出该该BPDUBPDU的端口的端口标识符。的端口的端口标识符。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术n选定根网桥网桥选定根网桥网桥4 4；n每一个网桥建立至根网每一个网桥建立至根网桥的最短路径（根路径）桥的最短路径（根路径）；n和根路径无关的链路堵和根路径无关的链路堵塞其中一个端口。塞其中一个端口。2 2生成树协议工作原理生成树协议工作原理生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术2 2生成树协议工作原理生成树协议工作原理确定根网桥：最小网桥标识符的网桥；确定根网桥：最小网桥标识符的网桥；确定根路径距离：网桥到达根网桥的最短路径；确定根路径距离：网桥到达根网桥的最短路径；确定根端口：网桥连接通往根网桥最短路径的端口；确定根端口：网桥连接通往根网桥最短路径的端口；确定指定端口：假如一条链路连接确定指定端口：假如一条链路连接2个或以上端口，个或以上端口，且这些端口位于不同网桥时，假如这些网桥的根路径且这些端口位于不同网桥时，假如这些网桥的根路径距离不同，确定根路径距离最小的网桥为指定网桥，距离不同，确定根路径距离最小的网桥为指定网桥，位于指定网桥的端口为指定端口。假如多个端口所在位于指定网桥的端口为指定端口。假如多个端口所在网桥的根路径距离相同，选择标识符较小的网桥为指网桥的根路径距离相同，选择标识符较小的网桥为指定网桥，位于指定网桥的端口为指定端口。当多个端定网桥，位于指定网桥的端口为指定端口。当多个端口位于同一网桥时，选择标识符较小的端口为指定端口位于同一网桥时，选择标识符较小的端口为指定端口。口。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术3生成树协议操作实例生成树协议操作实例根网桥没有自身形成环路根网桥没有自身形成环路的端口都是指定端口；的端口都是指定端口；其他网桥确定根端口和指其他网桥确定根端口和指定端口后，保留根端口、定端口后，保留根端口、指定端口连接的链路，去指定端口连接的链路，去掉堵塞端口连接的链路，掉堵塞端口连接的链路，形成生成树协议操作结果。形成生成树协议操作结果。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术3生成树协议操作实例生成树协议操作实例一端成为堵塞端口，不影响链路的另一端的转发功能生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术n一旦某个网桥通过根网桥的根路径发生问题，产生新的根路径。三生成树的容错功能三生成树的容错功能生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术四、端口状态和定时器四、端口状态和定时器生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术四、端口状态和定时器四、端口状态和定时器3 3个定时器个定时器BPDUBPDU最大存活时间定时器最大存活时间定时器间隔时间定时器间隔时间定时器转发时延定时器转发时延定时器5 5个状态个状态关闭：不能收发任何类型关闭：不能收发任何类型MACMAC帧帧 堵塞：不能收发数据帧，能够接收堵塞：不能收发数据帧，能够接收BPDU BPDU 侦听：不能收发数据帧，能够收发侦听：不能收发数据帧，能够收发BPDU BPDU 学习：不能收发数据帧，能够收发学习：不能收发数据帧，能够收发BPDUBPDU，并学习地址，并学习地址 转发：能够正常收发转发：能够正常收发MACMAC帧，并学习地址帧，并学习地址 生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术五、网桥转发表刷新机制五、网桥转发表刷新机制新构建的生新构建的生成树旧的生成树旧的生成树相差很成树相差很大，但网桥大，但网桥的转发表不的转发表不会因此自动会因此自动变更，假如变更，假如网桥转发表网桥转发表中一部分转中一部分转发项维持不发项维持不变，就无法变，就无法通过新构建通过新构建的生成树实的生成树实现终端之间现终端之间的通信的通信 生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术五、网桥转发表刷新机制五、网桥转发表刷新机制S4S4监测到拓监测到拓扑结构发生扑结构发生变更变更 ，并，并导致交换机导致交换机刷新转发表刷新转发表的过程。的过程。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术3.3 快速生成树协议快速生成树协议本讲主要内容本讲主要内容nSTPSTP的缺陷的缺陷n端口角色和端口状态端口角色和端口状态n端口状态快速迁移过程端口状态快速迁移过程n网桥转发表刷新机制网桥转发表刷新机制nRSTPRSTP例题解析例题解析生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术一、一、STP缺陷缺陷 STP在网络拓扑结构发生变更时，有可能使网络Max Age+2Forward Delay时间存在连通问题。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术二、端口角色和端口状态二、端口角色和端口状态根端口（根端口（R R）指定端口（指定端口（D D）替换端口（替换端口（A A）备份端口（备份端口（B B）边缘端口（边缘端口（E E）生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术二、端口角色和端口状态二、端口角色和端口状态n学习状态（学习状态（LearningLearning）：允许发送、接收）：允许发送、接收BPDUBPDU，且允许学习数据帧的源，且允许学习数据帧的源MACMAC地址，但不地址，但不允许转发数据帧；允许转发数据帧；n丢弃状态（丢弃状态（DiscardingDiscarding）：只允许发送、接）：只允许发送、接收收BPDUBPDU ；n转发状态（转发状态（ForwardingForwarding）：允许输入、输出）：允许输入、输出数据帧数据帧 。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术三、端口状态快速迁移过程三、端口状态快速迁移过程BPDUBPDU标记字段标记字段 RSTP RSTP中，每一个网桥每间隔中，每一个网桥每间隔Hello TimeHello Time时间通过时间通过全部指定端口发送端口全部指定端口发送端口BPDUBPDU，因此，网桥最佳，因此，网桥最佳BPDUBPDU和和端口最佳端口最佳BPDUBPDU的溢出定时器初值定义为的溢出定时器初值定义为3Hello 3Hello TimeTime，而不是，而不是Max AgeMax Age时间时间 。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术三、端口状态快速迁移过程三、端口状态快速迁移过程假如某个端口假如某个端口是指定端口，是指定端口，且端口状态处且端口状态处于丢弃或学习于丢弃或学习状态，该端口状态，该端口发送一个发送一个Proposal Proposal BPDUBPDU，假如接，假如接收到收到Agreement Agreement BPDUBPDU，将端口，将端口状态干脆转变状态干脆转变为转发状态为转发状态 生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术三、端口状态快速迁移过程三、端口状态快速迁移过程端口状端口状态迁移态迁移过程从过程从根网桥根网桥快速向快速向外辐射。外辐射。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术三、端口状态快速迁移过程三、端口状态快速迁移过程端口状端口状态迁移态迁移过程从过程从根网桥根网桥快速向快速向外辐射。外辐射。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术四、网桥刷新机制四、网桥刷新机制监测到生监测到生成树结构成树结构发生变更发生变更的网桥通的网桥通过全部处过全部处于转发状于转发状态的指定态的指定端口和根端口和根端口持续端口持续2Hello 2Hello TimeTime时间时间发送发送TC TC BPDUBPDU生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术 其他网桥通过处于转发状态的指定端口和根端口接收到TC BPDU，在转发表中清除除接收该TC BPDU端口以外的其他全部非边缘端口学习到的MAC地址，通过处于转发状态的指定端口和根端口持续2Hello Time时间发送TC BPDU。四、网桥刷新机制四、网桥刷新机制生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术3.4 多生成树协议多生成树协议本讲主要内容本讲主要内容nMSTPMSTP的必要性的必要性nMSTPMSTP基本思想基本思想nMSTPMSTP工作过程工作过程生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术一、一、MSTP的必要性的必要性 MSTPMSTP是一种既基于是一种既基于VLANVLAN构建生成树，构建生成树，又尽可能降低生成树构建操作开销的生成又尽可能降低生成树构建操作开销的生成树协议。树协议。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术二、二、MSTP基本思想基本思想网络分成若干网络分成若干域，每一个域域，每一个域由若干交换机由若干交换机和互连这些交和互连这些交换机的链路组换机的链路组成，每一台交成，每一台交换机只能属于换机只能属于单个域。单个域。生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术二、二、MSTP基本思想基本思想构建构建CSTCST，在构建在构建CSTCST过程中，域过程中，域等同于一个等同于一个结点结点 。ISTIST是一种特殊是一种特殊的多生成树的多生成树实例，一是实例，一是无论是否建无论是否建立立VLANVLAN与生与生成树之间映成树之间映射，该生成射，该生成树都会建立树都会建立 生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术二、二、MSTP基本思想基本思想VLAN 2VLAN 2映射映射的生成树的生成树 生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术二、二、MSTP基本思想基本思想VLAN 3VLAN 3映射映射的生成树的生成树 生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术n总根：网络结构中优先级最高的交换机。总根：网络结构中优先级最高的交换机。n主网桥：每一个域中距离总根最近的交换机，它同主网桥：每一个域中距离总根最近的交换机，它同时是时是ISTIST的域根。对于总根所在的域，主网桥和总的域根。对于总根所在的域，主网桥和总根是同一个交换机。根是同一个交换机。n主端口：主网桥连接主端口：主网桥连接CSTCST的端口，位于该域通往总的端口，位于该域通往总根的最短路径上。由于构建根的最短路径上。由于构建CSTCST时将域等同于一个时将域等同于一个结点，因此，主端口是该域在结点，因此，主端口是该域在CSTCST中的根端口。中的根端口。n域边界端口：位于域的边缘，用于和其他域相连，域边界端口：位于域的边缘，用于和其他域相连，主端口是域边界端口，但全部的域边界端口中只有主端口是域边界端口，但全部的域边界端口中只有一个域边界端口是主端口。一个域边界端口是主端口。二、二、MSTP基本思想基本思想生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术三、三、MSTP工作过程工作过程本讲主要内容本讲主要内容nMSTP BPDUMSTP BPDU格式格式nCISTCIST算法算法nMSTIMSTI算法算法nMSTPMSTP构建构建CISTCIST实例实例生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术1MSTP BPDU格式格式生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术n总根总根 网络中网桥标识符值最小的交换机为网络中网桥标识符值最小的交换机为总根，其网桥标识符作为总根，其网桥标识符作为CISTCIST根标识符。根标识符。n域根域根 每一个域根是该域距离总根最近的交每一个域根是该域距离总根最近的交换机换机n构建构建ISTIST 构建构建ISTIST的算法与的算法与RSTPRSTP构建生成树的算构建生成树的算法完全相同法完全相同 2CIST算法算法生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术 只在域内构建只在域内构建MSTIMSTI，构建，构建MSTIMSTI的算法与的算法与RSTPRSTP完全一样，只是交换机确定完全一样，只是交换机确定MSTIMSTI最佳最佳BPDUBPDU时，依次比较时，依次比较MSTIMSTI域根标识符、域根标识符、MSTIMSTI内部路径距离、内部路径距离、MSTIMSTI发送网桥标识符、发送网桥标识符、MSTIMSTI发送端口标识符发送端口标识符 3MSTI算法算法生成树协议生成树协议生成树协议生成树协议路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术4MSTP构建构建CIST实例实例