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一、STP概述
二、生成树协议原理
三、802.1D生成树
四、STP的配置BPDU
1、配置BPDU的报文格式
2、配置BPDU的工作过程
3、TCN BPDU
4、TCN BPDU的工作过程
五、STP角色选举
1、根网桥选举
2、根端口选举
3、指定端口选举
4、非指定端口选举
六、STP的接口状…目录
一、STP概述
二、生成树协议原理
三、802.1D生成树
四、STP的配置BPDU
1、配置BPDU的报文格式
2、配置BPDU的工作过程
3、TCN BPDU
4、TCN BPDU的工作过程
五、STP角色选举
1、根网桥选举
2、根端口选举
3、指定端口选举
4、非指定端口选举
六、STP的接口状态
1、接口状态
2、接口状态迁移
3、首次收敛
七、STP基本配置
1、配置生成树工作模式
2、配置网桥可选
3、备份根桥可选
4、配置交换机的STP优先级
5、配置接口路径开销可选
八、RSTP--快速生成树协议
1、802.1D生成树的缺点
2、快速生成树RSTP的改进点
1端口角色
2端口状态
3RST BPDU
4快速收敛机制
5配置BPDU的处理
6BPDU保护功能
3、快速生成树的原理
九、MSTP--多生成树协议
1、STP、RSTP缺点
2、MSTP概述
3、MST Region
4、MSTP配置
1配置首生成树工作模式
2启用MSTP
3配置MST域
① 进入MST域视图
② 配置MST域的域名
③ 配置多生成树实例与VLAN的映射关系 ④ 激活MST域的配置
4MSTP配置根桥和备份根桥
5修改优先级--可选 一、STP概述
以太网交换机网络中为了进行链路备份提高网络的可靠性通常会使用冗余链路。但是使用冗余链路会在交换网络上产生环路引发广播风暴以及MAC地址表不稳定等故障现象从而导致用户通信质量较差甚至通信中断。为了解决交换网络中的环路问题提出了生成树协议STP--Spanning Tree Protocol。 二、生成树协议原理
在二层交换网络中逻辑的阻塞部分的接口实现从根交换机到所有节点唯一的路径且为最佳路径生成一个没有环路的拓扑当最佳路径出现故障时个别被阻塞的接口将打开形成备份链路。生成树在生成过程中应该尽量的生成一棵星型结构且最短路径树
三、802.1D生成树
生成树是相对比较早的一个协议了所以也经历了多种版本的更替。我们现在常见的主要是802.1D生成树RSTP快速生成树协议--定义在802.1W中也被称为802.1W生成树MSTP多生成树协议--定义在802.1S中也被称为802.1S生成树。
四、STP的配置BPDU
所谓BPDU---Bridge Protocol Data Unit网桥协议数据单元--其实就是生成树需要发送的数据包的叫法。 BPDU是能够正常工作的根本BPDU是STP的协议报文。 STP交换机之间会交互BPDU报文这些BPDU报文携带着一些重要信息正是基于这些信息STP才能够顺利工作。
PBDU主要分为两大类1、配置BPDU2、TCN-BPDU。其中配置BPDU是STP进行拓扑计算的关键TCN BPDU只在网络拓扑发生变更时才会触发。
1、配置BPDU的报文格式 2、配置BPDU的工作过程
所有交换机刚启动所有接口都激活STP一开始并不知道谁是根则所有设备都将自己判定为根网桥从自己的所有激活了STP的接口发送配置BPDU则其中将包含本机参数。之后所有设备都交换参数后将根据参数数值进行选举之后将选举一个真正的根网桥。之后只有根网桥将周期的发送配置BPDU而其他非根网桥只能在接受到根网桥发送BPDU后进行转发。转发时可以修改其中的参数---发送周期为2SMAX AGE---20S。
3、TCN BPDU
报文格式---仅拥有配置BPDU的前三个参数其中BPDU类型指端为0x80。
4、TCN BPDU的工作过程
本地交换机链路故障后STP重新收敛为了快速刷新全网所有交换机的MAC表将向本地所有STP接口发送TCN标记位中的TCN位置1邻居交换机收到TCN后先标记为ACK位为回复用于可靠传输消息之后将TCN逐级转发到根网桥处由根网桥回复TC消息来逐级回复到所有交换机使所有交换机临时将MAC表的老化时间修改为15s默认的转发延时
五、STP角色选举
1、根网桥选举 在一棵生成树实例中有且仅有一台交换机为root
BPDU中的 桥ID来决定
桥ID 网桥优先级0-65535公有 默认32768 MAC地址只有存在svi接口的交换机才拥有mac地址若存在多个mac选数值最小
根网桥的选举 先比较优先级小优 若优先级相同比较mac数值小优
2、根端口选举 选举过程
1首先比较根路径开销RPCRPC值越小越优选
2当RPC相同时比较上行交换机的BID值越小越优选
3当上行交换机的BID相同时比较上行交换机的PID值越小越优选
4当上行PID相同时比较本地交换机的PID值越小越优选。
3、指定端口选举 选举过程
1首选比较根路径开销RPCRPC值越小越优选
2当RPC相同时则比较链路两端交换机的的BID值越小越优选
3当BID相同时比较链路两端端口的PID值越小越优选
4、非指定端口选举 STP会对这些非指定端口的进行逻辑阻塞即这些端口不能进行转发由终端计算机产生并发送的帧用户数据帧。
一旦非指定端口被逻辑阻塞后STP无环路工作拓扑就生成了。
注非指定端口可以接受并处理BPDU。
六、STP的接口状态
1、接口状态 2、接口状态迁移 1Forwarding转发状态端口既可转发用户流量也可以转发BPDU只有根端口或者指定端口才能进入Forwarding状态。
2Learning学习状态端口可根据收到的用户流量构建MAC地址表但不转发用户流量。增加Learning状态是为了防止临时环路。
3Listening侦听状态端口可以转发BPDU报文但不能转发用户流量。
4Blocking阻塞状态端口仅仅能接收并处理BPDU不能转发BPDU也不能转发用户流量。此状态是预备端口最终状态。
5Disabled禁用状态端口既不能处理和转发BPDU报文也不能转发用户流量 3、首次收敛
首次收敛所有设备最先进入的是阻塞状态需要先停留20S最大寿命时间之后进入侦听状态此状态停留15S选举角色之后进入学习状态再停留15S总共50S。
七、STP基本配置
1、配置生成树工作模式
[Huawei]stp mode stp | rstp | mstp #三选一个模式
交换机支持STP、RSTP、MSTP三种生成树工作模式默认情况工作再MSTP模式。
2、配置网桥可选
[Huawei]stp root primary
配置挡墙设备为根桥缺省情况下交换机不作为任何生成树的根桥配置后该设备优先级数值自动为0并且不能更改设备优先级。
3、备份根桥可选
[Huawei]stp root secondary
配置挡墙交换机为备份根桥缺省情况下交换机不作为任何生成树的备份根桥配置后该设备优先级数值为4096并且不能更改设备优先级。
4、配置交换机的STP优先级
[Huawei]stp priority ?INTEGER0-61440 Bridge priority, in steps of 4096缺省情况下交换机的优先级取值是32768.
5、配置接口路径开销可选
[Huawei]stp pathcost-standard ?dot1d-1998 IEEE 802.1D-1998dot1t IEEE 802.1Tlegacy Legacy配置接口路径开销计算方法缺省情况下路径开销之值得计算方法为IEEE 802.1t(dot1t)标准方法。同一网络内所有交换机得接口路径开销应使用相同得计算方法。
[Huawei]int g0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stp cost ?INTEGER1-200000000 Port path cost设置当前接口得路径开销值。
八、RSTP--快速生成树协议
1、802.1D生成树的缺点
1网络拓扑收敛慢影响了用户通信质量
2STP没有细致区分接口状态和接口角色
3STP算法是被动算法依赖定时器等待的方式判断拓扑变化导致收敛速度慢。
4STP算法要求在稳定的拓扑中根桥主动发出配置BPDU而其他设备进行处理传遍整个STP网络这也是导致拓扑收敛慢的原因之一。
2、快速生成树RSTP的改进点
1端口角色 RSTP的端口角色共有四种根端口、指定端口、Alternate端口和Backup端口。
根端口和指定端口的作用同STP中定义Alternate端口和Backup端口的描述如下
从配置BPDU报文发送角度来看 Alternate端口就是由于学习到其他网桥发送的配置BPDU报文而阻塞的端口。 Backup端口就是由于学习到自己发送的配置BPDU报文而阻塞的端口。
从用户流量角度来看 Alternate端口提供了从指定桥到根的另一条可切换路径作为根端口的备份端口。 Backup端口作为指定端口的备份提供了一条从根桥到相应网段的备份通路。给一个RSTP域内所有端口分配角色的过程就是整个拓扑收敛的过程。
2端口状态
RSTP的状态规范缩减为3种根据端口是否转发用户流量和学习MAC地址来划分 Discarding状态不转发用户流量也不学习MAC地址 Learning状态不转发用户流量但是学习MAC地址 Forwarding状态既转发用户流量又学习MAC地址。 3RST BPDU
RSTP 的配置BPDU充分利用了STP报文中的Flag字段明确了端口角色。
除了保证和STP格式基本一致之外RSTP作了如下变化 Type字段配置BPDU类型不再是0而是2所以运行STP的设备收到RSTP的配置BPDU时会丢弃。 Flag字段使用了原来保留的中间6位这样改变的配置BPDU叫做RST BPDU。
RST BPDU报文格式 4快速收敛机制 注这个P/A机制是RSTP快速收敛的核心手段因为他改变了STP依照计时器收敛的方法可以理解为完成收敛选举后立即切换状态完成收敛。
5配置BPDU的处理 6BPDU保护功能 在交换机上通常将直接与用户终端如PC机或文件服务器等非交换设备相连的端口配置为边缘端口。
如上图所示SW3与某主机互联并设置该互联接口为边缘端口后来该主机被恶意用户侵占并伪造RST BPDU攻击SW3因此边缘端口会收到RST BPDU失去边缘端口特征并进行生成树计算。
3、快速生成树的原理
取消了计时器而是在一个状态工作完成后直接进入下一状态
分段式同步两台设备间逐级收敛使用请求和同意标记依赖标记位的第1和第6位
BPDU的保活为6shello time 2s
将端口加速边缘接口、上行链路加速、骨干加速集成了
兼容802.1d和PVST但802.1d和PVST没有使用标记位中的第1-6位故不能快速收敛因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛那么其他开启快速收敛的设备也不能快速
当tcn消息出现时不需要等待根网桥的BPDU就可以刷新本地的cam表
注RSTP配置与STP一样只需要修改模式为RSTP即可。
九、MSTP--多生成树协议
1、STP、RSTP缺点
RSTP在STP基础上进行了改进实现网络拓扑快速收敛但在划分VLAN的网络中运行RSTP/STP局域网所有的VLAN共享一颗生成树被阻塞后的链路将不承载任何流量无法在VLAN间实现流量的负载均衡导致链路带宽利用率、设备资源利用率较低。
为了弥补RSTP/STP的缺陷IEEE2002年发布了802.1S标准MSTP--多生成树协议MSTP兼容STP和RSTP通过建立多颗无环的树解决广播风暴并实现冗余备份。
2、MSTP概述
MSTP是IEEE802.1S中定义的生生成树协议MSTP兼容STP和RSTP既可以快速收敛又提供了数据转发的多个冗余路径在数据转发过程中实现VLAN数据的负载均衡。
MSTP可以将一个或多个VLAN映射到一个instance实例再基于instance计算生成树映射到同一个instance的VLAN共享同一棵生成树。 如上图经计算生成两棵生成树 instance1对应的生成树以SW1为根交换设备转发VLAN1-VLAN10的报文 instance2对应的生成树以SW2为根交换设备转发VLAN11-VLAN20的报文 不同VALN的报文沿不同的路径转发实现了负载分担。 注生成树不是基于VLAN运行的而是基于instance运行的。
3、MST Region 注instance0是缺省存在的而缺省时华为交换机上所有的VLAN都映射到了instance0。
通过设备VLAN映射表即VLAN和MSTI的对应关系把VLAN和MSTI联系起来。
每个VLAN只能对应一个MSTI即同一个VALN的数据只能再一个MSTI中传输而一个MSTI可能对应多个VLAN。
4、MSTP配置
1配置首生成树工作模式
[SW1]stp mode mstp
2启用MSTP
[SW1]stp enable
3配置MST域 ① 进入MST域视图
[SW1]stp region-configuration ② 配置MST域的域名
[SW1-mst-region]region-name ?STRING1-32 A maximum of 32 characters can be entered
[SW1-mst-region]region-name xixi③ 配置多生成树实例与VLAN的映射关系
[SW1-mst-region]instance ?INTEGER0-48 Identifier of spanning tree instance
[SW1-mst-region]instance 1 vlan
[SW1-mst-region]instance 1 vlan ?INTEGER1-4094 VLAN ID
[SW1-mst-region]instance 1 vlan 1 ?INTEGER1-4094 VLAN IDto Range of VLANcr
[SW1-mst-region]instance 1 vlan 1 to 5④ 激活MST域的配置
[SW1-mst-region]active region-configuration
4MSTP配置根桥和备份根桥
[SW1]stp instance ?INTEGER0-48 Identifier of spanning tree instance
[SW1]stp instance 1 ?priority Specify bridge priorityroot Specify root switch
[SW1]stp instance 1 root ?primary Primary root switch #主根secondary Secondary root switch #备根
[SW1]stp instance 1 root primary
5修改优先级--可选
[SW1]stp instance 1 priority ?INTEGER0-61440 Bridge priority, in steps of 4096
