生成树协议原理及配置.pptx

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1、1教学目标学习内容学习内容1.STPSTP及及RSTPRSTP技术原理技术原理2.STP2.STP及及RSTPRSTP基本配置基本配置3.RSTP3.RSTP在实际网络中的应用在实际网络中的应用第1页/共67页2课程议题生成树起源第2页/共67页3生成树综述LAN 1LAN 2存在单点故障冗余的设计又会带来环路,导致广播风暴生成树协议的产生背景生成树协议的产生背景第3页/共67页4生成树综述n生成树协议的分类生成树协议的分类 生成树协议的分类，按照产生的时间先后顺序为生成树协议的分类，按照产生的时间先后顺序为STPSTP、RSTPRSTP、MSTPMSTPn生成树协议所遵循的生成树协议所遵循的

2、IEEEIEEE标准标准 三种生成树所遵循的三种生成树所遵循的IEEEIEEE标准分别为标准分别为STP-IEEE 802.1dSTP-IEEE 802.1d，RSTP-RSTP-IEEE802.1WIEEE802.1W，MSTP-IEEE 802.1SMSTP-IEEE 802.1S第4页/共67页5学习目标掌握STP、RSTP原理及配置实施技术理解二层交换网络的收敛与生成树协议有关理解数据在二层交换网络中走的路径与生成树协议有关第5页/共67页6课程议题STP技术原理第6页/共67页7STP议题nSTPSTP协议的作用与应用场景协议的作用与应用场景nSTPSTP工作原理工作原理n配置消息（

3、配置消息（BPDUBPDU）的报文格式）的报文格式n网络拓扑变化时网络拓扑变化时STPSTP的收敛过程的收敛过程nSTPSTP的配置与实施的配置与实施第7页/共67页81、什么是STP协议，它的作用是什么STP（spanning-tree-protocol）是交换机通过某种特定算法来逻辑阻塞物理冗余网络中某些接口，以达到避免数据转发循环，生成无环路拓扑的一种二层协议。第8页/共67页9LAN 1LAN 2该链路处于阻塞状态该链路重新被激活STP是怎样处理环路呢?第9页/共67页2、STP工作原理n基本思想:在网桥之间传递配置消息(BPDU),比较其中的参数，根据STP算法打开好的端口，阻塞差的

4、端口，从而打破物理环路，建立一个无循环的逻辑拓扑。网桥利用收到的配置消息做以下动作:l配置BPDU包含以下重要信息，完成生成树计算根桥ID（RootID）根路径开销（RootPathCost）指定桥ID（DesignatedBridgeID）指定端口ID（DesignatedPortID）第10页/共67页11l各台设备的各个端口在初始时生成以自己为根桥（Root Bridge）的配置消息，向外发送自己的配置消息 l网络收敛后，根桥向外发送配置BPDU，其他的设备对该配置BPDU进行转发第11页/共67页根桥的选举SWASWBSWC桥ID由桥优先级（BridgePriority）和桥MAC地址

5、（BridgeMacAddress）组成桥ID小的桥被选举为根桥BridgeID:0.0000-0000-0000BridgeID:16.0000-0000-0001BridgeID:0.0000-0000-0002第12页/共67页端口角色的确定SWASWBSWC根桥上的所有端口为指定端口（Designated Port）在非根桥上选举根路径开销（RootPathCost）最小的端口为根端口（Root Port）每个物理段选出根路径开销最小的桥作为指定桥（Designated Bridge），连接指定桥的端口为指定端口不是根端口和指定端口的其余端口被STP置为阻塞状态RootDPDPRPDP

6、RPAPCost=10Cost=20Cost=30第13页/共67页根路径开销SWASWBSWC根路径开销（RootPathCost）是到达根的路径上所有链路开销（Cost）的代数和非根桥进行根端口选举时，根路径开销最小的端口为根端口物理段进行指定桥选举时，路径开销最小的桥为指定桥Root1000M100M1000M10M100M10MCost=10Cost=20Cost=30第14页/共67页通过桥ID决定端口角色SWASWBSWC在根路径开销相同时，所连网段指定桥ID最小的端口为根端口在根路径开销相同时，桥ID最小的桥被选举为物理段上的指定桥，连接指定桥的端口为指定端口RootDPDPRP

7、DPRPAPCost=10Cost=10RPCost=10SWDDPCost=10BridgeID:0.0000-0000-0002BridgeID:0.0000-0000-0001DPAP第15页/共67页通过端口ID决定端口角色SWASWB在根路径开销、指定桥ID都相同的情况下，所连指定端口ID小的端口为根端口RootG0/1G0/2APCost=10Cost=10RPBridgeID:0.0000-0000-0001第16页/共67页17STP初始化收敛选择根网桥在非根网桥上选择根端口在每一个网段上选择一个指定端口阻塞剩余端口第17页/共67页183、BPDU报文结构项目字节协议ID2版

8、本号1报文类型1标记域1根网桥ID8根路径成本4发送网桥ID8端口ID2报文老化时间2最大老化时间2访问时间2转发延迟2L/T：帧长LLC Header：BPDU帧固定的链路头。值为：0 x424203Payload：BPDU数据DMADMALLC HeaderLLC HeaderSMASMAL/TL/TPayloadPayload0 x01-80-c2-00-00-00第18页/共67页端口状态端口角色端口角色端口状态端口状态端口行为端口行为未启用未启用STP功能的端口功能的端口Disabled不收发不收发BPDU报文，接收或报文，接收或转发数据转发数据非指定端口非指定端口或根端口或根端口B

9、locking接收但不发送接收但不发送BPDU，不接，不接收或转发数据收或转发数据-Listening接收并发送接收并发送BPDU，不接收，不接收或转发数据或转发数据-Learning接收并发送接收并发送BPDU，不接收，不接收或转发数据或转发数据指定端口或指定端口或根端口根端口Forwarding接收并发送接收并发送BPDU，接收并，接收并转发数据转发数据第19页/共67页20拓扑变化交换机二层端口收敛导致用户业务可能中断ABC123Link 1 down 收敛时间收敛时间Link 2 down 收敛时间收敛时间Link 3 down 收敛时间收敛时间30秒，秒，C产生产生TCN次佳次佳BP

10、DU 10秒秒30秒，秒，C产生产生TCNB产生产生TCN第20页/共67页215、生成树协议的配置Spanning-treeSwitch(config)#no Spanning-treeSwitch(config)#Spanning-tree mode stp/rstp/mstpSwitch(config)#开启生成树协议开启生成树协议默认生成树协议是关闭的 关闭生成树协议关闭生成树协议默认生成树协议是关闭的 配置生成树协议的类型配置生成树协议的类型锐捷全系列交换机默认使用MSTP协议第21页/共67页22 配置交换机优先级配置交换机优先级 “0”“0”或或“4096”“4096”的倍数、共

11、的倍数、共1616个个,缺省缺省3276832768。恢复到缺省值恢复到缺省值 配置交换机端口的优先级配置交换机端口的优先级 Switch(config)#interface Switch(config)#interface interface-type interface-interface-type interface-numbernumber Switch(config-if)#spanning-tree port-priority Switch(config-if)#spanning-tree port-priority numbernumber生成树协议的配置（续）spanning-

12、tree priority Switch(config)#nospanning-tree prioritySwitch(config)#第22页/共67页23生成树协议的配置（续）spanning-tree port-priority numberSwitch(config-if)#配置交换机端口的优先级配置交换机端口的优先级 端口优先级可配置范围为端口优先级可配置范围为0 0或或1616的整数倍，共的整数倍，共1616个，最大值为个，最大值为240240，默认优，默认优先级为先级为128128。第23页/共67页24生成树协议的配置（续）配置交换机优先级和端口优先级范例配置交换机优先级和端口

13、优先级范例第24页/共67页25生成树协议的配置（续）Spanning Tree Spanning Tree 的缺省配置：的缺省配置：关闭关闭STPSTP STP Priority STP Priority 是是3276832768 STP port Priority STP port Priority 是是128128 STP port cost STP port cost 根据端口速率自动判断根据端口速率自动判断 Hello Time 2Hello Time 2秒秒 Forward-delay Time 15Forward-delay Time 15秒秒 Max-age Time 20Ma

14、x-age Time 20秒秒 可通过可通过spanning-tree reset spanning-tree reset 命令让命令让spanning treespanning tree参数恢参数恢复到缺省配置复到缺省配置第25页/共67页26配置配置Hello TimeHello Time配置配置Forward-Delay TimForward-Delay Time e 生成树协议的配置（续）spanning-tree hello-time seconds Switch(config)#根交换机发送根交换机发送BPDUBPDU报文的默认时间是报文的默认时间是2 2秒，通过配置可修改，取值范

15、围是秒，通过配置可修改，取值范围是1-1-1010秒。秒。spanning-tree forward-time seconds Switch(config)#Forward-Delay TimeForward-Delay Time为为BPDUBPDU报文扩散到全网中的时间，默认时间是报文扩散到全网中的时间，默认时间是1515秒，秒，通过配置可修改，取值范围是通过配置可修改，取值范围是4 4到到3030秒秒 第26页/共67页27配置配置Max-Age Time Max-Age Time 生成树协议的配置（续）spanning-tree max-age seconds Switch(config

16、)#Max-Age Time Max-Age Time 为为BPDUBPDU报文的最大生存时间，默认值是报文的最大生存时间，默认值是2020秒，可以通过配置秒，可以通过配置修改，取值范围是修改，取值范围是6 6到到4040秒秒 第27页/共67页28配置配置bpdu-guard bpdu-guard 生成树协议的配置（续）spanning-tree bpduguard enable Switch(config-if)#Bpdu-guardBpdu-guard特性防止非法交换机的接入特性防止非法交换机的接入,保护拓扑保护拓扑.如果在配置了该特性的接如果在配置了该特性的接口上收到了口上收到了BPD

17、U,BPDU,则接口会进入则接口会进入Error-disabledError-disabled状态状态,可通过手工配置可通过手工配置errdisable errdisable recoveryrecovery命令恢复接口命令恢复接口第28页/共67页29配置配置portfast portfast 生成树协议的配置（续）spanning-tree portfastSwitch(config-if)#PortfastPortfast特性会使端口直接进入特性会使端口直接进入Forwarding,Forwarding,但会因为收到但会因为收到BPDUBPDU而使该特性时而使该特性时效效,从而使端口进行

18、正常的从而使端口进行正常的STPSTP算法后进入算法后进入Forwarding,Forwarding,通常结合通常结合BPDUGUARDBPDUGUARD特性使用特性使用.第29页/共67页30课程议题RSTP技术原理第30页/共67页31STP的不足n n 端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的 Forward Forward DelayDelay时间，所以网络拓扑结构改变之后需要至少两倍的时间，所以网络拓扑结构改变之后需要至少两倍的Forward DelayForward Delay时间，才能恢复连时间，才能恢复连 通性通性n n 如果网络中的拓扑

19、结构变化频繁，网络会频繁的失去连如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁的失去连通性，这样用户将无法忍受。通性，这样用户将无法忍受。第31页/共67页32RSTP协议概述RSTPRSTP（快速生成树协议）是从（快速生成树协议）是从STPSTP发展而来，发展而来，实现的实现的基本思想一致；基本思想一致；RSTPRSTP具备具备STPSTP的所有功能；的所有功能；RSTPRSTP改进的目的就是当网络拓扑结构发生变化时，尽可改进的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。能快的恢复网络的连通性。第32页/共67页33RSTPRSTP的端口状态与端口角色 端口角色端口角色u Roo

20、t Port：与：与STP中的根端口概念一致。中的根端口概念一致。u Designated Port：与：与STP中的指定端口概念一致。中的指定端口概念一致。u Alternate Port：到根网桥的替代路径。根端口的备份到根网桥的替代路径。根端口的备份u backup Port：指定端口的备份，到网段的备份指定端口的备份，到网段的备份第33页/共67页34RSTP端口的状态STP端口状态RSTP端口状态Disabled DiscardingBlockingListeningLearningLearningForwardingForwarding第34页/共67页35RSTP改进一根端口指定

21、端口阻塞端口RootBridge当拓扑发生改变时，在新拓扑中的根端口可以立刻进入转发状态第35页/共67页36RSTP改进一RootBridge根端口指定端口替换端口新的端口角色的引入新的端口角色的引入替换端口(AlternatePort):根端口的备份口，一旦根端口失 效，该口就立刻变为根端口。第36页/共67页37RSTP改进一RootBridge根端口指定端口替换端口备份端口新的端口角色的引入新的端口角色的引入备份端口(BackupPort)：DesignatePort的备份口，当一个网桥有两个端口都连在一个LAN上，那么高优先级的端口为DesignatedPort，低优先级的端口为Ba

22、ckup Port。第37页/共67页38RSTP改进二SW1SW2proposalagree根端口指定端口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。第38页/共67页39RSTP改进三边缘端口，不可能产生环路网络边缘的端口，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，不需要任何等待时延。第39页/共67页40RSTP的性能n n 第一种改进的效果：发现拓扑改变到恢复连通性的时第一种改进的效果：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。间可达数毫秒，并且无需传递配置消息。n n 第二种改进的效果：网络连通性可以在交换两个配置第二种改

23、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。消息的时间内恢复，即握手的延时。n n 第三种改进的效果：边缘端口的状态变化不会影响网第三种改进的效果：边缘端口的状态变化不会影响网络连通性，也不会造成环路，因此进入转发状态无延时。络连通性，也不会造成环路，因此进入转发状态无延时。若非根网桥在连续的三个若非根网桥在连续的三个Hello time内接受不到根的内接受不到根的BPDU则则立即产生和发送自己的立即产生和发送自己的BPDU，以加快间接感知网络拓扑变化，以加快间接感知网络拓扑变化的时间。的时间。第40页/共67页41RSTP与STP的区别协议版本不同协议版本不同端口状

24、态转换方式不同端口状态转换方式不同配置消息报文格式不同配置消息报文格式不同拓扑改变消息的传播方式不同拓扑改变消息的传播方式不同注意，注意，RSTPRSTP也是在整个交换网络应用单生成树实例，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议网络直径最好不要超过7 7第41页/共67页42RSTP交换机与STP交换机的互操作正常情况下，RSTP交换机不理解STP交换机的BPDU，STP交换机也不理解RSTP交换机的BPDU在连续的两个Hello time内RSTP交换机均收到STPBPDU，则R

25、STP的接收端口会进入STP的兼容模式，即回到STP协议下。接收和处理STP BPDU仅仅只是RSTP交换机上接收STP BPDU报文的端口会回退。而不是整个交换机注意：在进行生成树协议迁移时，所有端口会重新收敛。第42页/共67页43RSTP与STP的兼容SW1(RSTP)SW2(STP)STP BPDURSTP BPDURSTP 协议可以与STP 协议完全兼容RSTP 协议会根据收到的BPDU 版本号来自动判断与之相连的网桥是支持STP 协议还是支持RSTP 协议，如果是与STP 网桥互连就只能按STP 的forwarding 方法，过30 秒再forwarding，无法发挥RSTP 的最

26、大功效第43页/共67页44RSTP与STP的兼容SW1(RSTP)SW2(STP)STP BPDUSTP BPDUSW1(RSTP)SW3(RSTP)STP BPDUSTP BPDUSW2换成了支持RSTP的SW3，但由于SW1仍然发送STP BPDU，导致两台支持RSTP的交换机运行着STP。第44页/共67页45RSTP与STP的兼容SW1(RSTP)SW3(RSTP)RSTP BPDURSTP BPDURSTP提供了protocol-migration 功能来强制发RSTP BPDU，这样 SW1 强制发了RSTPBPDU，SW3 就发现与之互连的网桥是支持 RSTP 的，于是两台交换

27、机开始运行RSTPclear spanning-tree detected-protocols interface interface-id第45页/共67页46课程议题MSTP技术原理第46页/共67页47RSTP的不足Vlan10Vlan20Vlan10Vlan20Vlan10Vlan20 在实际工程中在实际工程中,如果使用如果使用RSTPRSTP只能做到冗余备份只能做到冗余备份,无法做到按照无法做到按照VLANVLAN流量来进行负载均衡流量来进行负载均衡.第47页/共67页481、MSTP的定义（multiple）定义和特点定义和特点MSTP可以将具有相同转发路径的可以将具有相同转发路径

28、的VLAN映射到一个生成树映射到一个生成树中，无需每个中，无需每个VLAN一个生成树。可以根据用户不同的数据一个生成树。可以根据用户不同的数据转发路径创建相应的生成树实例。转发路径创建相应的生成树实例。MSTP得到各个厂商设备的支持，其国际标准为得到各个厂商设备的支持，其国际标准为IEEE802.1S第48页/共67页492、MST的工作原理1、收敛2、MST域3、MST的实例第49页/共67页50MSTP的工作原理MSTP区域概念为抑制生成树覆盖范围从而加快生成树的收敛，为抑制生成树覆盖范围从而加快生成树的收敛，在在MSTP的操作机制中，引入了区域的概念。的操作机制中，引入了区域的概念。我们

29、将具有相同我们将具有相同MSTP配置名称，配置名称，MSTP配置配置修订号，修订号，VLAN与生成树实例的映射关系与生成树实例的映射关系的交的交换机的集合称为一个换机的集合称为一个MSTP的区域。的区域。第50页/共67页51MSTP的工作原理MSTP实例 IST实例实例内部生成树实例，是内部生成树实例，是MSTP区域内缺省的生成树实例。编号区域内缺省的生成树实例。编号为为0（instance 0）。缺省时，）。缺省时，MSTP交换机上所有的交换机上所有的VLAN都映射到都映射到IST中。中。其他生成树实例的其他生成树实例的BPDU被包含于被包含于IST的的BPDU中进行传递。中进行传递。IS

30、T实例是代表整个交换网络的实例是代表整个交换网络的CST的子集。它接收并向的子集。它接收并向CST实例发送实例发送BPDU。通过。通过IST能够将整个能够将整个MST区域表示为到达外区域表示为到达外部网络部网络CST虚拟网桥。虚拟网桥。第51页/共67页52MSTP的工作原理MSTP实例 MST实例实例MSTI是是MSTP区域中由管理员手工定义的生成树实例，对于区域中由管理员手工定义的生成树实例，对于锐捷设备而言最多可达锐捷设备而言最多可达64个，编号为个，编号为164。MST实例只具有本地意义。实例只具有本地意义。第52页/共67页53MSTP的BPDU第53页/共67页54第54页/共67

31、页55第55页/共67页563、MST的配置实施下面举例来说明如何进入MST 模式，将VLAN 3,5-10 映射到MST Instance 1。Ruijie(config)#spanning-tree mst configurationRuijie(config-mst)#instance 1 vlan 3，5-10Ruijie(config-mst)#name region 1Ruijie(config-mst)#revision 1Ruijie(config-mst)#showMST configurationName region1Revision 1Instance Vlans Ma

32、pped-0 1-2,4,11-40941 3,5-10-Ruijie(config-mst)#exitRuijie(config)#第56页/共67页57配置调试案例掌握的调试命令SW1#sh spanning-tree mst 0SW1#debug mstp？第57页/共67页58课程议题四、工程实施第58页/共67页第第59页页环路预防接入层交换机上连线出现环路,会影响到其他交换机的正常运行以及下联用户的正常上网.广播风暴广播风暴第59页/共67页第第60页页环路预防开启生成树之后,当交换机上检测到环路发生,就会自动将一个端口置为阻塞状态,防止环路的发生.第60页/共67页第第61页页环

33、路预防当接入层交换机下联的普通交换机时,如果该交换机出现了环路,也会产生广播风暴,那么仅仅靠生成树协议还是不够的,所以在实际工程中,我们经常在接入层交换机的下联口上启用BPDUGuard,以防止下面的普通交换机发生环路,造成对网络的危害.第61页/共67页第第62页页环路预防开启了生成树的接入层交换机每隔2s发送一次BPDU,当接入层交换机下联的普通交换机发生环路时,接入层交换机会收到自己发出的BPDU,当开启了BPDUGuard功能时,会自动将收到BPDU的端口disable掉,从而防止了环路的发生.BPDU端口上开启了BPDUGuard当该端口收到BPDU时,就将该端口自动disable掉

34、第62页/共67页第第63页页环路预防实际应用:开启生成树协议,防止接入层交换机上发生环路上联口起用BPDUFilter,以防止BPDU被发送到其他交换机下联口开启BPDUGuard,防止下联普通交换机发生环路下联口开启Portfast,设置连接PC的边缘端口开启生成树协议,建议RSTP上联口开启BPDUFilter,以阻止BPDU报文发送到其他接入层交换机下联口开启BPDUGuard功能下联口开启Portfast功能第63页/共67页第第64页页与 VRRP结合使用MSTP与VRRP配合使用,达到冗余备份与负载均衡的双重效果,无论是链路出现故障,还是设备出现故障都能够在极短的时间内恢复网络的

35、连通性，此模型多见于金融网络.第64页/共67页第第65页页利用STP实现流量负载均衡的条件1、物理冗余链路2、多个VLAN3、多个生成树实例同时满足以上三个条件才可以具体部署时可以改网桥ID、cost、发送端口ID来影响STP的选举结果第65页/共67页第第66页页校园网中STP部署要点为了防止二层网络环路的产生，需要在交换机上启用生成树。当汇聚层与核心层设备以三层路由口互联时（推荐模式），在核心层设备上不需要启用生成树。只需要考虑在接入与汇聚层交换机上启用生成树的情况。在核心与汇聚三层路由口互联的前提下，如果接入层到汇聚层都是单链路连接时，汇聚层不需要启用生成树；如果接入层到汇聚层有多条链路，那么汇聚层需要启用生成树。当只需要在接入层启用生成树时，生成树模式使用RSTP即可。注意：设备默认生成树关闭，模式为MSTP。在接入层上行连接汇聚层的接口上启用BPDU Filter，因为汇聚不启用生成树，没有收到BPDU 报文的必要；接入层设备直联PC 端口启用BPDU PortFast与BPDU Guard功能，这样可以防止下行环路产生。在规划时注意，如果在汇聚设备层设备上启用生成树，那么要通过调低生层树保障生层树的根网桥交换机是汇聚层交换机，负载均衡的配置，此外要注意与VRRP的主设备，OSPF的DR设备状态保持一致。第66页/共67页感谢您的观看！第67页/共67页