《生成树协议 》PPT课件.ppt

第二章第二章 生成树协议生成树协议教学目标 通过本章学习使学员能够：通过本章学习使学员能够：1 1、STPSTP基本知识基本知识2 2、熟悉、熟悉RSTPRSTP端口状态与角色端口状态与角色3 3、熟悉、熟悉RSTPRSTP快速过渡机制快速过渡机制4 4、熟悉、熟悉RSTPRSTP拓扑变更机制拓扑变更机制5 5、熟悉、熟悉RSTPRSTP兼容性兼容性6 6、掌握、掌握RSTPRSTP配置配置7 7、了解传统生成树协议的问题、了解传统生成树协议的问题8 8、熟悉、熟悉MSTPMSTP基本概念基本概念9 9、掌握、掌握MSTPMSTP配置配置本章内容 STPSTP回顾回顾 RSTPRSTP端口状态与角色端口状态与角色 RSTPRSTP快速过渡机制快速过渡机制 RSTPRSTP拓扑变更机制拓扑变更机制 RSTPRSTP兼容性兼容性 配置配置RSTP RSTP 传统生成树技术的问题传统生成树技术的问题 MSTPMSTP基本概念基本概念 配置配置MSTP MSTP 课程议题STPSTP回顾回顾回顾回顾STP概念 STPSTPIEEE 802.1dIEEE 802.1d二层网络中环路二层网络中环路冗余链路冗余链路提高网络的稳定性提高网络的稳定性STASTA生成树算法生成树算法BPDU报文 STPSTP交换机利用交换机利用BPDUBPDU报文来交换信息报文来交换信息 BPDUBPDU报文有两种类型报文有两种类型配置配置BPDUBPDU：由根交换机周期性的发出，包括根网桥：由根交换机周期性的发出，包括根网桥IDID、发送网桥、发送网桥IDID、链、链路开销、时间间隔等参数路开销、时间间隔等参数 ，非根网桥收到后修改参数进行转发。，非根网桥收到后修改参数进行转发。TCNTCN（opology Change Notigication,opology Change Notigication,拓扑变更通知拓扑变更通知 ）：交换机检测到拓）：交换机检测到拓扑变更后，向根交换机的方向发送扑变更后，向根交换机的方向发送TCNTCN报文，通知拓扑变更。报文，通知拓扑变更。BPDU(网桥协议数据单元）Protocol ID:协议号，目前都是0 Version ：版本号,802.1D的版本号是0Flags:表明此报文是TC报文还是TCA报文Root ID:根交换机IDMessage Type:消息类型，指名为配置BPDU还是TCN BPDUBridge ID：发送交换机的IDCost of Path：到根交换机的路径开销BPDU(网桥协议数据单元）Port ID:发送BPDU端口的IDMessage Age：消息寿命，每经过一个交换机递增1，为各网桥到达根交换机的跳数Maximum Time:当一段时间未收到任何BPDU，生存期达到Max Age时，网桥则认为该端口连接的链路发生故障。默认20秒Hello Time:发送BPDU的周期,默认2秒Forward Delay：BPDU全网传输延迟,默认15秒BPDU报文端口状态 生成树端口的四种状态生成树端口的四种状态Blocking Blocking 接收接收BPDUBPDU，不学习，不学习MACMAC地址，不转发数据帧地址，不转发数据帧Listening Listening 接收接收BPDU,BPDU,不学习不学习MACMAC地址，不转发数据帧，但交换机向其他交换机通地址，不转发数据帧，但交换机向其他交换机通告该端口，参与选举根端口或指定端口告该端口，参与选举根端口或指定端口LearningLearning接收和发送接收和发送BPDU,BPDU,学习学习MACMAC地址，不转发数据帧地址，不转发数据帧ForwardingForwarding正常转发数据帧正常转发数据帧生成树协议端口的状态BlockListeninglearningForwarding20秒最大生存时间秒最大生存时间15秒转发延时秒转发延时15秒转发延时秒转发延时 生成树经过一段时间（默认值是生成树经过一段时间（默认值是5050秒左右）稳定之后，所有端口要么进入转秒左右）稳定之后，所有端口要么进入转发状态，要么进入阻塞状态。发状态，要么进入阻塞状态。STP定时器 Hello timeHello time：根交换机发送根交换机发送BPDUBPDU报文的时间间隔就是报文的时间间隔就是Hello timeHello time，默认为默认为2s2s。这个时间也可以通过配置修改，但是通常不建议修改。这个时间也可以通过配置修改，但是通常不建议修改。Max-ageMax-age：如果交换机发现某个根端口一段时间都没有收到如果交换机发现某个根端口一段时间都没有收到BPDUBPDU报文则认为网络中拓扑发生变化，则向根交换机发送报文则认为网络中拓扑发生变化，则向根交换机发送TCNTCN（拓扑变（拓扑变更通知）更通知）BPDUBPDU报文，这段时间就是最大生存时间，默认为报文，这段时间就是最大生存时间，默认为20s20s。Forward delay timeForward delay time：转发延迟时间。这个时间是端口停留在监听转发延迟时间。这个时间是端口停留在监听状态和学习状态的时间。默认情况下，延迟时间为状态和学习状态的时间。默认情况下，延迟时间为15s15s，该定时器，该定时器也可以通过配置修改。也可以通过配置修改。TCN BPDU 当有以下几种情况出现时交换机发送当有以下几种情况出现时交换机发送TCN BPDUTCN BPDU报文报文处于转发状态或监听状态的端口，状态变为阻塞处于转发状态或监听状态的端口，状态变为阻塞 处于未启用状态的端口进入转发状态，并且交换机上有其他的转发端口处于未启用状态的端口进入转发状态，并且交换机上有其他的转发端口 交换机从指定端口收到交换机从指定端口收到TCN BPDUTCN BPDU报文报文 TCN BPDU 当网络拓扑发生变化时，交换机会从自己的指定端口向外发送当网络拓扑发生变化时，交换机会从自己的指定端口向外发送TCN TCN BPDUBPDU报文报文 接收到接收到TCN BPDUTCN BPDU报文的交换机向发送者发送报文的交换机向发送者发送TCATCA报文报文 根交换机接收到根交换机接收到TCN BPDUTCN BPDU报文向网络中发送报文向网络中发送TC BPDUTC BPDU 收到收到TC BPDUTC BPDU的交换机将的交换机将MACMAC地址表老化时间设为地址表老化时间设为15s15s（正常是（正常是300300秒）秒）TCN BPDUABC根交换机根交换机FED4 41 15 5TCNTCNTCATCATCTC2 23 36 66 65 5课程议题RSTPRSTP端口状态与角色端口状态与角色端口状态与角色端口状态与角色STP存在的问题 STPSTP收敛速度过慢收敛速度过慢通常运行通常运行STPSTP的网络的收敛速度达到的网络的收敛速度达到30-50s30-50s 一些动态路由协议如一些动态路由协议如OSPFOSPF可提供可提供1s1s以内的收敛时间以内的收敛时间 STPSTP不具有竞争性不具有竞争性STPSTP：收敛时间：收敛时间50s50sOSPFOSPF：收敛时间：收敛时间1s1sRSTP概念 IEEE 802.1w RSTPIEEE 802.1w RSTP（Rapid Spanning Tree ProtocolRapid Spanning Tree Protocol，快速生成树，快速生成树协议）对于协议）对于STPSTP技术的改进主要在于缩短网络的收敛时间。技术的改进主要在于缩短网络的收敛时间。RSTPRSTP的收敛时间最快可以达到的收敛时间最快可以达到1s1s以内。以内。RSTPRSTP具有向下兼容的特性，如果网络中部分交换机运行具有向下兼容的特性，如果网络中部分交换机运行STPSTP，那，那么运行么运行RSTPRSTP的交换机会自动以的交换机会自动以STPSTP方式运行。方式运行。RSTP端口状态 相对与相对与STPSTP，由于，由于RSTPRSTP省去了很多中间状态，使得端口状态更简省去了很多中间状态，使得端口状态更简单。单。STPSTP端口端口端口端口RSTPRSTP端口端口端口端口是否转发数据是否转发数据是否转发数据是否转发数据是否学习是否学习是否学习是否学习MACMAC地址地址地址地址禁用禁用禁用禁用丢弃丢弃丢弃丢弃否否否否否否否否阻塞阻塞阻塞阻塞丢弃丢弃丢弃丢弃否否否否否否否否监听监听监听监听丢弃丢弃丢弃丢弃否否否否否否否否学习学习学习学习学习学习学习学习否否否否是是是是转发转发转发转发转发转发转发转发是是是是是是是是RSTP端口角色 根端口（根端口（根端口（根端口（Root PortRoot Port）：）：）：）：根端口处于非根交换机上，根端口是本地交换机根端口处于非根交换机上，根端口是本地交换机距离根交换机最近地端口。非根交换机通过根端口接收距离根交换机最近地端口。非根交换机通过根端口接收BPDUBPDU。指定端口（指定端口（指定端口（指定端口（Designated PortDesignated Port）：）：）：）：RSTPRSTP的指定端口也和的指定端口也和STPSTP中的一样，中的一样，指定端口是以太网段用于转发数据的端口。指定端口是以太网段用于转发数据的端口。替代端口（替代端口（替代端口（替代端口（Alternate PortAlternate Port）：）：）：）：替代端口是替代端口是RSTPRSTP中新引入的端口角色，中新引入的端口角色，作为根端口的备份端口。替代端口可以接收作为根端口的备份端口。替代端口可以接收BPDUBPDU报文但是不转发数据。报文但是不转发数据。备份端口（备份端口（备份端口（备份端口（Backup PortBackup Port）：）：）：）：RSTPRSTP中的备份端口作为指定端口的备份端中的备份端口作为指定端口的备份端口，可以接收口，可以接收BPDUBPDU报文但是不转发数据。报文但是不转发数据。RSTP端口角色 在上图所示拓扑中，各端口角色如图中标注在上图所示拓扑中，各端口角色如图中标注课程议题RSTPRSTP快速过渡机制快速过渡机制快速过渡机制快速过渡机制RSTP BPDU格式 在在RSTPRSTP中，对中，对BPDUBPDU报文中的报文中的flagflag字段做了大量的调整，将字段做了大量的调整，将STPSTP中中未使用的位都使用起来。未使用的位都使用起来。RSTPRSTP中，根交换机与非根交换机都会发送中，根交换机与非根交换机都会发送BPDUBPDU报文。报文。RSTP快速过渡机制 边缘端口：边缘端口：边缘端口：边缘端口：当链路发生转变时，边缘端口不会产生拓扑变更通知。当链路发生转变时，边缘端口不会产生拓扑变更通知。如果边缘端口接收到如果边缘端口接收到BPDUBPDU报文，那么它会立即从边缘端口的状态报文，那么它会立即从边缘端口的状态进入到正常生成树端口。进入到正常生成树端口。链路类型：链路类型：链路类型：链路类型：在在RSTPRSTP中，将链路分为两种类型，点到点链路类型和中，将链路分为两种类型，点到点链路类型和共享式链路类型。默认情况下，如果端口工作在全双工模式下，那共享式链路类型。默认情况下，如果端口工作在全双工模式下，那么认为它是点到点的链路类型，如果端口工作在半双工的工作模式，么认为它是点到点的链路类型，如果端口工作在半双工的工作模式，那么认为它是共享式的链路类型。那么认为它是共享式的链路类型。RSTP快速过渡机制 连接主机的端口通常配置为边缘端口连接主机的端口通常配置为边缘端口RSTP快速过渡机制 在初始状态，交换机端口处于学习状态，互相发送提议在初始状态，交换机端口处于学习状态，互相发送提议 BPDU BPDU RSTP快速过渡机制 交换机交换机B B收到收到A A发送的提议发送的提议BPDUBPDU，发现此，发现此BPDUBPDU报文为上级报文为上级BPDUBPDU，那么会认为自己的接收端口是根端口。，那么会认为自己的接收端口是根端口。交换机交换机B B向交换机向交换机A A发送协定发送协定 BPDUBPDU报文，当报文，当A A收到协定报文后，端收到协定报文后，端口立即进入转发状态。此时交换机口立即进入转发状态。此时交换机B B的根端口也进入转发状态。的根端口也进入转发状态。RSTP快速过渡机制 交换机交换机B B从学习状态的指定端口发送提议从学习状态的指定端口发送提议BPDUBPDU报文。报文。交换机交换机C C回复协定回复协定BPDUBPDU，那么交换机，那么交换机B B的指定端口进入转发状态，的指定端口进入转发状态，C C交换机上根端口进入转发状态。交换机上根端口进入转发状态。RSTP拓扑变更机制 拓扑发生时，交换机向网络中扩散拓扑发生时，交换机向网络中扩散TC BPDUTC BPDU报文报文 收到收到TC BPDUTC BPDU报文的交换机将自己的报文的交换机将自己的MACMAC地址表生存时间设短地址表生存时间设短 RSTP兼容性 RSTP RSTP 协议会根据收到的协议会根据收到的BPDU BPDU 版本号来自动判断与之相连的网桥版本号来自动判断与之相连的网桥是支持是支持STP STP 协议还是支持协议还是支持RSTP RSTP 协议。如果收到协议。如果收到STP BPDUSTP BPDU就按就按照照STP STP 的操作方式运行。的操作方式运行。存在的问题存在的问题:如果网络中有一台运行如果网络中有一台运行STPSTP的交换机，会导致所有的交换机都以的交换机，会导致所有的交换机都以STPSTP方式方式运行。运行。RSTP兼容性 RSTP RSTP 协议提供了协议提供了protocol-migration protocol-migration 功能来强制发送功能来强制发送RSTP BPDURSTP BPDU 交换机交换机A A强制发送强制发送RSTP BPDURSTP BPDU，交换机，交换机C C发现与之互连的网桥是支发现与之互连的网桥是支持持RSTPRSTP的，这时两台交换机就都以的，这时两台交换机就都以RSTP RSTP 协议运行了协议运行了 课程议题配置配置配置配置RSTPRSTP配置RSTP基本配置 步骤步骤步骤步骤1 1：进入全局模式：进入全局模式Switch#Switch#configure terminalconfigure terminal 步骤步骤步骤步骤2 2：开启生成树协议开启生成树协议Switch(config)#Switch(config)#spanning-treespanning-tree锐捷交换机上，默认状态下锐捷交换机上，默认状态下STPSTP协议是关闭的，需要用命令打开协议是关闭的，需要用命令打开 步骤步骤步骤步骤3 3：配置生成树模式配置生成树模式Switch(config)#Switch(config)#spanning-tree mode spanning-tree mode mstp|rstp|stp mstp|rstp|stp 配置RSTP配置链路类型 步骤步骤步骤步骤1 1：进入需要配置的端口进入需要配置的端口Switch(config)#Switch(config)#interface interface interfaceinterface 步骤步骤步骤步骤2 2：配置端口链路类型配置端口链路类型Switch(config-if)#Switch(config-if)#spanning-tree link-type point-to-point|shared spanning-tree link-type point-to-point|shared 可以根据需要将端口配置为点对点模式或共享模式，可以根据需要将端口配置为点对点模式或共享模式，point-to-pointpoint-to-point为点为点对点模式，对点模式，sharedshared为共享模式。为共享模式。配置RSTP配置RSTP版本检查 对所有端口进行强制版本检查：对所有端口进行强制版本检查：Switch#Switch#clearclear spanning-tree detected-protocolsspanning-tree detected-protocols 对特定端口进行强制版本检查对特定端口进行强制版本检查Switch#Switch#clear spanning-tree detected-protocols interface clear spanning-tree detected-protocols interface interfaceinterface配置RSTP配置PortFast 端口 启用接口的启用接口的PortFastPortFast特性：特性：Switch(config-if)#Switch(config-if)#spanning-tree portfastspanning-tree portfast 禁用接口的禁用接口的PortFastPortFast特性：特性：Switch(config-if)#Switch(config-if)#spanning-tree portfast disablespanning-tree portfast disable 使所有接口启用使所有接口启用PortFastPortFast特性：特性：Switch(config)#Switch(config)#spanning-tree portfast defaultspanning-tree portfast default 查看接口查看接口PortFastPortFast特性的状态特性的状态Switch#Switch#showshow spanning-tree interfacespanning-tree interface interface interface 课程议题传统生成树的问题传统生成树的问题传统生成树的问题传统生成树的问题传统生成树的问题 STPSTP和和RSTPRSTP，在网络中进行生成树计算的时候都没有考虑到，在网络中进行生成树计算的时候都没有考虑到VLANVLAN的情况的情况 传统生成树的计算结果可能会导致传统生成树的计算结果可能会导致VLANVLAN之间通信的链路被阻断之间通信的链路被阻断 例如上图中的例如上图中的switchAswitchA和和switchCswitchC之间的链路被阻断之间的链路被阻断课程议题MSTPMSTP区域与实例区域与实例区域与实例区域与实例多生成树协议(MSTP)多生成树协议多生成树协议MSTPMSTP多生成树实例Instance:Instance:一台交换机的一个或多个一台交换机的一个或多个VlanVlan的集合的集合因为很多因为很多VlanVlan采用一个采用一个VlanVlan实例，可实现预期的负载均衡实例，可实现预期的负载均衡交换机只运行二个实例，减少交换机系统的资源交换机只运行二个实例，减少交换机系统的资源多生成树协议的区域MST regionMST region：有着相同：有着相同instance instance 配置的交换机组成的域，运行独立的生成树配置的交换机组成的域，运行独立的生成树（ISTIST，internal spanning-treeinternal spanning-tree）多生成树协议的区域 MST regionMST region的划分的划分MSTMST配置名称（配置名称（namename）:最长可用最长可用32 32 个字节长的字符串来标识个字节长的字符串来标识MSTP MSTP regionregion。MST revision numberMST revision number：用一个：用一个16bit 16bit 长的修正值来标识长的修正值来标识MSTP regionMSTP region。MST instanceMST instancevlan vlan 的对应表：每台交换机都最多可以新增的对应表：每台交换机都最多可以新增64 64 个个instanceinstance，instance 0 instance 0 是强制存在的，用户还可以按需要分配是强制存在的，用户还可以按需要分配1-4094 1-4094 个个vlan vlan 属于不同的属于不同的instanceinstance（0 06464），未分配的），未分配的vlan vlan 缺省就属于缺省就属于instance 0instance 0Instance 0 Instance 0 所对应的生成树称之为所对应的生成树称之为CIST(Common Instance Spanning CIST(Common Instance Spanning Tree)Tree)同一个同一个MSTMST区域的交换机的以上配置属性必须相同区域的交换机的以上配置属性必须相同MSTP术语 在在MSTPMSTP网络中，会形成很多的生成树，包括网络中，会形成很多的生成树，包括MSTIMSTI生成树、生成树、ISTIST、CISTCIST、CSTCST。MSTIMSTI生成树：生成树：生成树：生成树：每个每个InstanceInstance中的生成树叫做中的生成树叫做MSTIMSTI（Multiple Spanning-Tree Multiple Spanning-Tree InstanceInstance）生成树。）生成树。ISTIST：ISTIST（Internal Spanning TreeInternal Spanning Tree）是）是MSTMST区域内的一个生成树。区域内的一个生成树。ISTIST实例使用编实例使用编号号0 0。ISTIST使整个使整个MSTMST区域从外部上看就像一个虚拟的网桥。区域从外部上看就像一个虚拟的网桥。CSTCST：CSTCST（Common Spanning TreeCommon Spanning Tree）是连接交换网络内部的所有）是连接交换网络内部的所有MSTMST区域的一区域的一个生成树。每个个生成树。每个MSTMST区域对于区域对于CST CST 来说相当于一个虚拟的网桥。如果将来说相当于一个虚拟的网桥。如果将MSTMST区域区域视为一个网桥，那么视为一个网桥，那么CSTCST就是这些就是这些“网桥网桥”通过通过STPSTP或或RSTPRSTP计算出来的一个生成计算出来的一个生成树。树。CISTCIST：ISTIST和和CSTCST共同构成了整个网络的共同构成了整个网络的CISTCIST（Common and Internal Spanning Common and Internal Spanning TreeTree），它相当于每个），它相当于每个MSTMST区域中的区域中的ISTIST、CSTCST以及以及802.1d802.1d网桥的集合。网桥的集合。STPSTP和和RSTPRSTP会为会为CISTCIST选举出选举出CISTCIST的根。的根。MSTP术语 实例实例1 1和实例和实例2 2各自运行本实例的生成树，称为各自运行本实例的生成树，称为MSTIMSTI生成树生成树 在整个区域在整个区域A A中所有的交换机运行一个生成树，称为中所有的交换机运行一个生成树，称为IST IST 区域区域A A和区域和区域B B各自被视为一个网桥，在这些各自被视为一个网桥，在这些“网桥网桥”间运行的生成树被间运行的生成树被称为称为CST CST 课程议题配置配置配置配置MSTPMSTP配置MSTPMSTP基本配置 步骤步骤步骤步骤1 1：启用生成树启用生成树Switch(config)#Switch(config)#spanning-treespanning-tree 步骤步骤步骤步骤2 2：选择生成树模式为选择生成树模式为MSTPMSTPSwitch(config)#Switch(config)#spanning-tree mode mstpspanning-tree mode mstp在锐捷交换机中，默认情况下，当启用生成树后，生成树的运行模式为在锐捷交换机中，默认情况下，当启用生成树后，生成树的运行模式为MSTPMSTP。配置MSTPMSTP属性配置 步骤步骤步骤步骤1 1：进入全局配置模式进入全局配置模式Switch#Switch#configure terminalconfigure terminal 步骤步骤步骤步骤2 2：进入进入MSTPMSTP配置模式配置模式Switch(config)#Switch(config)#spanning-tree mst configurationspanning-tree mst configuration 步骤步骤步骤步骤3 3：在交换机上配置在交换机上配置VLANVLAN与生成树实例的映射关系与生成树实例的映射关系Switch(config-mst)#Switch(config-mst)#instanceinstance instance-idinstance-id vlanvlan vlan-range vlan-range配置MSTPMSTP属性配置 步骤步骤步骤步骤4 4：配置配置MSTMST区域的配置名称区域的配置名称Switch(config-mst)#Switch(config-mst)#namename name name 步骤步骤步骤步骤5 5：配置配置MSTMST区域的修正号区域的修正号Switch(config-mst)#Switch(config-mst)#revisionrevision number number参数的取值范围是参数的取值范围是065535065535，默认值为，默认值为0 0。步骤步骤步骤步骤6 6：配置配置MSTMST实例的优先级实例的优先级SwitchA(config)#SwitchA(config)#spanning-tree mst spanning-tree mst instanceinstance priority priority numbernumber配置MSTP查看MSTP属性 看生成树的全局配置及状态信息看生成树的全局配置及状态信息 Switch#Switch#show spanning-treeshow spanning-tree 查看查看MSTPMSTP的配置结果的配置结果 Switch#Switch#show spanning-tree mst configurationshow spanning-tree mst configuration 查看特定实例的信息查看特定实例的信息 Switch#Switch#show spanning-tree mst show spanning-tree mst instanceinstance 查看特定端口在相应实例中的状态信息查看特定端口在相应实例中的状态信息 Switch#Switch#show spanning-tree mst show spanning-tree mst instanceinstance interface interface 配置MSTP实现负载分担 通过配置使得不同实例中具有不同的根交换机，可以实现负载分担通过配置使得不同实例中具有不同的根交换机，可以实现负载分担课程回顾 STPSTP回顾回顾 RSTPRSTP端口状态与角色端口状态与角色 RSTPRSTP快速过渡机制快速过渡机制 RSTPRSTP拓扑变更机制拓扑变更机制 RSTPRSTP兼容性兼容性 配置配置RSTP RSTP 传统生成树技术的问题传统生成树技术的问题 MSTPMSTP基本概念基本概念 配置配置MSTPMSTP