DZ010013生成树原理ISSUE.pptx
HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedInternal DZ010013 生成树原理ISSUE 1.0DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第1页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved学习完本课程，您应该能够：了解STP协议产生的背景掌握STP工作原理掌握RSTP工作原理Page 1DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第2页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved章章章章 STP STP的产生原因的产生原因的产生原因的产生原因第二章第二章 STP的基本原理的基本原理第三章第三章 RSTP的基本原理的基本原理Page 2DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第3页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved透明网桥的应用l拓展LAN的能力。l自主动态学习站点的地址信息。l问题：一般的透明网桥不会对转发的报文做任何记号，这样，如果网络中存在回路，则有可能报文在回路中不断循环转发，造成网络拥塞。Page 3DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第4页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved冗余链路产生的问题广播风暴LAN 1LAN 1LAN 2LAN 2Host AHost AMac:00-E0-FC-F4-67-2CMac:00-E0-FC-F4-67-2CHost BHost BMac:00-E0-FC-F4-45-7DMac:00-E0-FC-F4-45-7DMac Address TableMac Address Table Port 1:00-E0-FC-F4-67-2CPort 1:00-E0-FC-F4-67-2CPort 2:00-E0-FC-F4-45-7DPort 2:00-E0-FC-F4-45-7DMac Address Table Mac Address Table Port 1:00-E0-FC-F4-67-2CPort 1:00-E0-FC-F4-67-2CPort 2:00-E0-FC-F4-45-7DPort 2:00-E0-FC-F4-45-7DX XY YPort 1Port 1Port 2Port 2二层广播数据帧二层广播数据帧1 12 23 32 23 31 11 1Page 4DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第5页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved章章 STP的产生原因的产生原因第二章第二章第二章第二章 STP STP的基本原理的基本原理的基本原理的基本原理第三章第三章 RSTP的基本原理的基本原理Page 5DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第6页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved配置消息的内容l配置消息也被称作桥协议数据单元（BPDU）l主要内容包括根网桥的Identifier（RootID）从指定网桥到根网桥的最小路径开销（RootPathCost）指定网桥的Identifier指定网桥的指定端口的Identifier即（RootID，RootPathCost，DesignatedBridgeID，DesignatedPortID）Page 6DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第7页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved配置消息格式l协议协议ID(2 字节字节)当前保留没有被利用l协议版本协议版本(1 字节字节)如果两大小不一的协议版本数字比较,则数字越大的将被认为最新定义的协议版本lBPDU类型类型(1 字节字节)类型域仅仅服务于区分BPDU的类型;在不同类型BPDU之间没有任何关系l标志位标志位(1 字节字节)被用来表示拓扑的变化,当拓扑发生变化时被置1,反之则置0l根桥根桥ID(8 字节字节)表示当前网络里的根桥,包括:网桥优先级(2 字节)网桥的Mac地址(6 字节)Page 7DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第8页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved配置消息格式l指定网桥指定网桥ID(8 字节字节)指发送BPDU的网桥,包括:网桥优先级(2 字节)网桥的Mac地址(6 字节)l指定端口指定端口ID(2 字节字节)指发送BPDU的网桥端口,包括:端口优先级端口号Page 8DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第9页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved配置消息的处理l将各个端口收到的配置消息和自己的配置消息做比较，得出优先级最高的配置消息更新本身的配置消息，主要工作有：选择根网桥RootID：最优配置消息的RootID计算到根桥的最短路径开销RootPathCost：如果自己是根桥，则最短路径开销为0，否则为它所收到的最优配置消息的RootPathCost与收到该配置消息的端口开销之和选择根端口RootPort：如果自己是根桥，则根端口为0，否则根端口为收到最优配置消息的那个端口选择指定端口：包括在生成树上处于转发状态的其他端口l从指定端口发送新的配置消息Page 9DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第10页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved一个接受并处理配置消息的例子Port 1Port 1Port 2Port 2Port 3Port 3 Port 4Port 4Port 5Port 5B81B81LAN ALAN AB23B23RootRootB80B80B100B100B321B321B32B32B123B123B47B47B74B74B55B55B155B155B102B102Page 10DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第11页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved链路故障怎么办lHello Time网桥从指定端口以Hello Time为周期定时发送配置消息。lMessage Age和Max Age端口保存的配置消息有一个生存期Message Age字段，并按时间递增。每当收到一个生存期更小的配置消息，则更新自己的配置消息。当一段时间未收到任何配置消息，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，进行故障的处理。Page 11DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第12页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved链路故障处理二lPort3的配置消息生存期也超时了，则抛弃该配置消息，重新进行生成树计算，选择Port5为新的根端口，网桥81的配置消息变为（23，16，81）Port 1Port 1Port 2Port 2Port 3Port 3 Port 4Port 4Port 5Port 52323，1515，80 80 2323，1616，81 81 rootroot2323，1616，81 81 3232，0 0，32322323，1818，1231232323，1616，81812323，1616，8181B81B81Page 12DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第13页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved临时回路的问题l当拓扑结构发生变化，新的配置消息要经过一定的时延才能传播到整个网络，在所有网桥收到这个变化的消息之前：若旧拓扑结构中处于转发的端口还没有发现自己应该在新的拓扑中停止转发，则可能存在临时的回环；若旧的拓扑结构中阻塞的端口还没有发现自己应该在新的拓扑结构中开始转发，则可能造成网络暂时失去连通性。Page 13DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第14页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved端口的几种状态端口状态端口能力Disabled不收发任何报文Blocking不接收或转发数据，接收但不发送BPDUs，不进行地址学习Listening不接收或转发数据，接收并发送BPDUs，不进行地址学习Learning不接收或转发数据，接收并发送BPDUs，开始地址学习Forwarding接收并转发数据，接收并发送BPDUs，进行地址学习Page 14DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第15页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedMAC地址信息的生存期l拓扑结构改变会使站点在生成树中的相对位置发生移动，那么网桥原来学习到的MAC地址信息就可能变得不正确，所以学习的MAC地址信息也要有生存期，如果该时间内没有证明地址的正确，则抛弃这条地址信息。l在生成树协议中有两个生存期：拓扑稳定的时候用较长的生存期。拓扑改变的时候用较短的生存期。l网络拓扑发生改变的时候，并不是所有的网桥都能够发现这一变化，所以需要把拓扑改变的信息通知到整个网络。Page 15DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第16页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved拓扑改变消息的传播ROOTROOT拓扑改变通知消息拓扑改变通知消息拓扑改变应答消息拓扑改变应答消息拓扑改变消息拓扑改变消息1 13 32 24 44 45 55 5Page 16DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第17页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved生成树协议的不足l端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的Forward Delay时间，所以网络拓扑结构改变之后需要至少两倍的Forward Delay时间，才能恢复连通性。l如果网络中的拓朴结构变化频繁，网络会频繁的失去连通性，这样用户就会无法忍受。Page 17DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第18页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedSTP与RSTP端口的比较STP端口类型RSTP端口类型Designated PortDesignated PortRoot PortRoot PortDisabled PortDisabled PortAlternate PortBackup PortPage 18DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第19页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved快速生成树的改进一l在新拓扑结构中的根端口可以立刻进入转发状态，如果旧的根端口已经进入阻塞状态，而且新根端口连接的对端交换机的指定端口处于Forwarding状态。LAN ALAN ATO ROOTTO ROOTLAN ALAN ALAN ALAN ALAN ALAN AF FF F指定端口指定端口指定端口指定端口根端口根端口阻塞端口阻塞端口F FLAN ALAN ALAN ALAN AF FF F指定端口指定端口指定端口指定端口根端口根端口阻塞端口阻塞端口F FTO ROOTTO ROOTPage 19DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第20页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved注意！l两点注意:握手必须在点对点链路的条件下进行一次握手之后，响应握手的网桥的非边缘指定端口将变为blocking状态，则需要继续向自己的邻接网桥发起握手LAN ALAN ALAN BLAN BLAN CLAN CLAN ALAN AF F指定端口指定端口指定端口指定端口指定端口指定端口F FF F非点到点链路非点到点链路握手的扩散握手的扩散Page 20DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第21页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved快速生成树的性能l种改进的效果：发现拓扑改变到恢复连通性的时间可达数毫秒，并且无需传递配置消息。l第二种改进的效果：网络连通性可以在交换两个配置消息的时间内恢复，即握手的延时；最坏的情况下，握手从网络的一边开始，扩散到网络的另一边缘的网桥，网络连通性才能恢复。比如当网络直径为7的时候，要经过6次握手。l第三种改进的效果：边缘端口的状态变化不影响网络连通性，也不会造成回路，所以进入转发状态无需延时。Page 21DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第22页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved小结小结小结小结lSTP协议产生的背景lSTP工作原理lRSTP工作原理Page 22DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第23页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved冗余链路产生的问题Mac地址表不稳定LAN 1LAN 1LAN 2LAN 2Host AHost AMac:00-E0-FC-F4-67-2CMac:00-E0-FC-F4-67-2CHost BHost BMac:00-E0-FC-F4-45-7DMac:00-E0-FC-F4-45-7DMac Address TableMac Address Table Port 1:00-E0-FC-F4-67-2CPort 1:00-E0-FC-F4-67-2CMac Address Table Mac Address Table Port 1:00-E0-FC-F4-67-2CPort 1:00-E0-FC-F4-67-2CX XY YPort 1Port 1Port 2Port 2Port 2:00-E0-FC-F4-67-2CPort 2:00-E0-FC-F4-67-2CPage 23DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第24页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved为什么引入生成树协议l通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环l当前活动路径发生故障时激活冗余备份链路恢复网络连通性ROOTROOTLAN ALAN ALAN BLAN BLAN CLAN CLAN DLAN DLAN ELAN EPage 24DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第25页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved生成树协议的基本原理l基本思想：在网桥之间传递特殊的消息（配置消息），包含足够的信息做以下工作：从网络中的所有网桥中，选出一个作为根网桥（Root）计算本网桥到根网桥的最短路径对每个LAN，选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥，负责所在LAN上的数据转发网桥选择一个根端口，该端口给出的路径是此网桥到根桥的最佳路径选择除根端口之外的包含于生成树上的端口（指定端口）Page 25DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第26页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved配置消息格式lDMA：目的MAC地址配置消息的目的地址是一个固定的桥的组播地址（0 x0180c2000000）lSMA：源MAC地址即发送该配置消息的桥MAC地址lL/T：帧长lLLC Header：配置消息固定的链路头lPayload：BPDU数据DMADMALLC HeaderLLC HeaderSMASMAL/TL/TPayloadPayload值值值值 域域域域占用字节占用字节占用字节占用字节协议协议协议协议IDID2 2协议版本协议版本协议版本协议版本BPDUBPDU类型类型类型类型标志位标志位标志位标志位根桥根桥根桥根桥IDID根路径开销根路径开销根路径开销根路径开销指定桥指定桥指定桥指定桥IDID指定端口指定端口指定端口指定端口IDIDMessage AgeMessage Age1 11 11 18 84 48 82 22 2Max AgeMax AgeHello TimeHello TimeForward DelayForward Delay2 22 22 2Page 26DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第27页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved配置端口开销l根路径开销根路径开销(4 字节字节)网桥到达根网桥的路径开销,数值大小可以由网桥自动配置或手动配置参数参数链路带宽链路带宽推荐值推荐值推荐范围推荐范围范围范围路径开销4Mb/s250100-10001-65535路径开销10Mb/s10050-6001-65535路径开销16Mb/s6240-4001-65535路径开销100Mb/s1910-601-65535路径开销1Gb/s43-101-65535路径开销10Gb/s21-51-65535Page 27DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第28页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved配置消息格式lMessage Age(2 字节字节)BPDU的有效存活时间lMaximum Age(2 字节字节)BPDU的最大有效存活时间,默认为20秒lHello Time(2 字节字节)周期发送BPDU的时间间隔,默认为2秒lForward Delay(2 字节字节)端口转入发送状态的时延,默认为15秒Page 28DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第29页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved如何确定最优的配置消息l配置消息的优先级比较原则，假定有两条配置消息C1和C2，则：如果C1的RootID小于C2的RootID，则C1优于C2如果C1和C2的RootID相同，但C1的RootPathCost小于C2，则C1优于C2如果C1和C2的RootID和RootPathCost相同，但C1的TransmitID小于C2，则C1优于C2如果C1和C2的RootID、RootPathCost和TransimitId相同，但C1的PortID小于C2，则C1优于C2Page 29DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第30页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved一个接受并处理配置消息的例子l根据收到配置消息的优先级，选择Port4为根端口，选择Port1和Port2为指定端口，同时阻塞端口Port3和Port5。l从Port1和Port2发送新的配置消息：（23，15，81），其中，RootId=23RootPathCost=14+1=15RootPort=Port4Port 1Port 1Port 2Port 2Port 3Port 3 Port 4Port 4Port 5Port 5blockingblockingblockingblocking3232，0 0，32322323，1818，1231232323，1414，3213212323，1414，1001002323，1515，80 80 rootroot2323，1515，8181B81B812323，1515，8181Page 30DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第31页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved链路故障处理一lPort4的配置消息生存期超时了,则抛弃该配置消息,重新进行生成树计算,选择Port3为新的根端口，而网桥81的配置消息没有变化2323，1818，123123Port 1Port 1Port 2Port 2Port 3Port 3Port 4Port 4Port 5Port 5blockingblocking2323，1414，3213212323，1515，80 80 2323，1515，81 81 rootrootB81B813232，0 0，32322323，1515，81812323，1515，8181Page 31DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第32页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved链路故障处理三lPort5的配置消息生存期也超时了，则抛弃该配置消息，以自己为根桥发送配置消息（81，0，81），直到从任一个端口收到优先级更高的配置消息Port 1Port 1Port 2Port 2Port 3Port 3 Port 4Port 4Port 5Port 58181，0 0，81818181，0 0，81818181，0 0，81 81 8181，0 0，81 81 8181，0 0，81 81 B81B81Page 32DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第33页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved如何避免临时回路l端口由阻塞状态进入转发状态时，要经过一定时间的延时，这个时间起码是配置消息传播到整个网络所需最大时间的两倍。lForward Delay：配置消息传播到整个网络的最大时延设计中间状态：处于中间状态的端口只是学习站点的地址信息，但不转发数据；端口从阻塞状态经过Forward Delay的延时后进入中间状态；再经过Forward Delay的延时后才能进入转发状态。Page 33DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第34页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved端口的状态迁移DisabledDisabledListeningListeningBlockingBlockingForwardingForwardingLearningLearning1 1）端口）端口enabledenabled2 2）端口）端口disableddisabled3 3）端口被选为根端口或指定端口）端口被选为根端口或指定端口4 4）端口被选为备用端口（阻塞）端口被选为备用端口（阻塞）5 5）Forward DelayForward Delay延时延时（1 1）（2 2）（1 1，2 2）（1 1，2 2）（1 1，2 2）（1 1）（2 2）（4 4）（4 4）（5 5）（4 4）（5 5）（3 3）Page 34DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第35页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved站点的相对位置发生变化LAN ALAN ALAN BLAN BLAN CLAN CLAN ELAN ELAN DLAN DROOTROOTB1B1B2B2B3B3B4B4Page 35DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第36页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved章章 STP的产生原因的产生原因第二章第二章 STP的基本原理的基本原理第三章第三章第三章第三章 RSTP RSTP的基本原理的基本原理的基本原理的基本原理Page 36DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第37页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved快速生成树协议l快速生成树协议是从生成树协议发展而来，实现的基本思想一致；l快速生成树具备生成树的所有功能；l快速生成树改进目的就是当网络拓扑结构发生变化时，尽可能快的恢复网络的连通性。Page 37DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第38页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedSTP与RSTP状态机的比较STP端口状态RSTP端口状态DisabledDiscardingBlockingDiscardingListeningDiscardingLearningLearningForwardingForwardingPage 38DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第39页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved快速生成树的改进二l指定端口可以通过与相连的网桥进行一次握手，快速进入转发状态。LAN BLAN BLAN ALAN AF F指定端口指定端口根端口根端口握手请求握手请求握手响应握手响应1 12 23 34 4Page 39DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第40页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved快速生成树的改进三l网络边缘的端口，即直接与终端相连，而不是和其他网桥相连的端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时。LAN BLAN BLAN CLAN CLAN ALAN A根端口根端口边缘端口边缘端口LAN DLAN DF FTO ROOTTO ROOT阻塞端口阻塞端口Page 40DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第41页!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved生成树和快速生成树有何区别l协议版本不同；l端口状态转换方式不同；l配置消息报文格式不同；l拓扑改变消息的传播方式不同。l注意：快速生成树也是在整个交换网络应用单生成树实例，不能解决由于网络规模增大带来的性能降低问题。建议网络直径最好不要超过7。Page 41DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第42页!谢谢DZ010013生成树原理ISSUE共43页，您现在浏览的是第43页!
