数据通信网络组建与维护(项目式教学课件) 项目2冗余交换网络组建

1、冗余交换网络组建冗余交换网络组建项目二项目二教学目标教学目标教学目标教学目标通过本章的学习，希望您能够：通过本章的学习，希望您能够：p理解冗余理解冗余p掌握掌握STP协议的基本术语协议的基本术语p掌握掌握STP协议的计算过程协议的计算过程p掌握端口类型和掌握端口类型和STP协议的配置方法协议的配置方法项目描述与分析项目描述与分析 项目背景项目背景p某外国语学校是集幼儿、小学、中学为一体的学某外国语学校是集幼儿、小学、中学为一体的学校，学校主要分为行政管理、教学管理和学生管校，学校主要分为行政管理、教学管理和学生管理。为了学校的发展，需要建设校园网络。学校理。为了学校的发展，需要建设校园网络。学

2、校要求校园网络不能出现中断情况，并且要求幼儿要求校园网络不能出现中断情况，并且要求幼儿、小学、中学三部分中相同管理机构之间能够互、小学、中学三部分中相同管理机构之间能够互通，不同管理机构之间不能访问。通，不同管理机构之间不能访问。网络拓扑设计网络拓扑设计拓扑结构对比分析拓扑结构对比分析冗余链路的优点冗余链路的优点p环型链路在局域网中具有提高网络的可靠性，环型链路在局域网中具有提高网络的可靠性，消除单点失效故障等优点。消除单点失效故障等优点。冗余链路的缺点冗余链路的缺点p局域网中提供了闭合环，而局域网通信采局域网中提供了闭合环，而局域网通信采用广播方式进行，因此，在局域网中的这用广播方式进行，因

3、此，在局域网中的这种冗余链路设计方案会给局域网带来一些种冗余链路设计方案会给局域网带来一些问题，具体如下：问题，具体如下：b3 b2b5b4b5 b4f =转发转发b=阻塞阻塞Link ALink B物理上物理上冗余，是否冗余，是否就能保证业就能保证业务的顺畅？务的顺畅？冗余链路的缺点冗余链路的缺点p广播风暴广播风暴冗余链路的缺点冗余链路的缺点pMAC地址不稳定地址不稳定冗余链路的缺点冗余链路的缺点p 单帧多次递交单帧多次递交目录目录生成树协议生成树协议p 生成树协议简称为生成树协议简称为STPSTP，STPSTP是一个二层链路管理协议是一个二层链路管理协议，定义在，定义在IEEE 802.1

4、DIEEE 802.1D中，它为网络提供路径冗余，同时中，它为网络提供路径冗余，同时防止产生环路。生成树协议的运行结果是生成一棵无环树防止产生环路。生成树协议的运行结果是生成一棵无环树。p STP STP能在网络中部署备份线路，并且保证在主线路正能在网络中部署备份线路，并且保证在主线路正常工作时，备份线路是关闭的；当主线路出现故障时自动常工作时，备份线路是关闭的；当主线路出现故障时自动使能备份线路，切换数据流。使能备份线路，切换数据流。生成树概述生成树概述1 1交换机标识交换机标识交换机标识交换机标识用来唯一表示网络上的一台交换机。该标识用来唯一表示网络上的一台交换机。该标识是由两部分组成的，

5、是由两部分组成的，第一部分是优先级，占第一部分是优先级，占2 2字节字节，取，取值范围为值范围为0 06553565535，默认值为，默认值为3276832768；第二部分是交换第二部分是交换机的机的MACMAC地址，占地址，占6 6字节字节。2 2端口成本和端口优先级端口成本和端口优先级生成树协议的最终运行结果就是生成树协议的最终运行结果就是闭塞一些冗余的端口，闭塞一些冗余的端口，打开一些端口进行转发打开一些端口进行转发。端口成本就是端口带宽的正比例反映，当端口成本相同端口成本就是端口带宽的正比例反映，当端口成本相同时，优先级高的端口优先闭塞，优先级最低的端口进行时，优先级高的端口优先闭塞，

6、优先级最低的端口进行转发。转发。若若优先级相同，优先级相同，选择端口号小的进行转发选择端口号小的进行转发。生成树协议基本术语生成树协议基本术语3 3根交换机根交换机具有具有最小交换机最小交换机标识标识的交换机被选举成根交换机的交换机被选举成根交换机。在同一网络中，只有。在同一网络中，只有一个根交换机，其它交换机称为一个根交换机，其它交换机称为非根交换机非根交换机。 Root bridge = Root bridge = 有最低桥有最低桥IDID的交换机的交换机 Bridge ID = Bridge ID = 桥优先级桥优先级 + + 桥桥 MAC MAC 地址地址 在本例中在本例中, 哪台交换

7、机有最低桥哪台交换机有最低桥ID？生成树协议基本术语生成树协议基本术语（续）（续）Switch Y缺省优先级缺省优先级 32768 (8000 hex)MAC 0c0022222222Switch X缺省优先级缺省优先级 32768 (8000 hex) MAC 0c0011111111 生成树协议基本术语生成树协议基本术语（续）（续）4 4根端口根端口 顾名思义，根端口就是顾名思义，根端口就是非根交换机非根交换机通向根交换机的端口。根端通向根交换机的端口。根端口只存在在口只存在在非根交换机非根交换机上。上。 到根交换机的最低路径开销。到根交换机的最低路径开销。 根路径开销是两个网桥间的路径上

8、所有链路的开销之和，也就根路径开销是两个网桥间的路径上所有链路的开销之和，也就是某个桥网到达根网桥的中间所有链路的路径开销之和。是某个桥网到达根网桥的中间所有链路的路径开销之和。 直连的交换机直连的交换机ID最小最小 直连的交换机端口号最小直连的交换机端口号最小一个非根交换机中，有且仅有一个根端口一个非根交换机中，有且仅有一个根端口生成树协议基本术语生成树协议基本术语（续）（续）SWASWB（非根交换机）（非根交换机）SWC（非根交换机）（非根交换机）根交换机根交换机根端口根端口Cost=10Cost=20Cost=30下图中，非根交换机下图中，非根交换机SWB和和SWC的哪个端口会成为根端口

9、？的哪个端口会成为根端口？根端口根端口生成树协议基本术语生成树协议基本术语（续）（续）5 5指定端口指定端口 在在每个物理网段每个物理网段到根交换机到根交换机累计路径花费最小的端口累计路径花费最小的端口称为指定称为指定端口。端口。 在在根交换机根交换机中，中，根交换机上的所有端口为指定端口根交换机上的所有端口为指定端口。选择指定端口（非根交换机中）的依据是：选择指定端口（非根交换机中）的依据是：路径开销较低路径开销较低 所连接的交换机所连接的交换机IDID值最小值最小 所连接的交换机端口号最小所连接的交换机端口号最小 一个局域网段中，有且仅有一个指定端口一个局域网段中，有且仅有一个指定端口生成

10、树协议基本术语生成树协议基本术语（续）（续）100Root交换机交换机 B交换机交换机A 100PortID = PortID = 有最低有最低PortIDPortID的端口的端口Port ID = Port ID = 端口优先级端口优先级 + + 端口端口IndexIndex端口端口1缺省优先级缺省优先级 128 端口端口2缺省优先级缺省优先级 128 端口端口1端口端口26 6桥协议数据单元（桥协议数据单元（BPDUBPDU）桥协议数据单元桥协议数据单元 （Bridge Protocol Data UnitBridge Protocol Data Unit，简称，简称BPDUBPDU），生

11、成树协议通过在交换机之间每隔），生成树协议通过在交换机之间每隔2s2s周期性的发送周期性的发送BPDUBPDU数据帧，用于交换各自交换机的状态信息、选举根交换机和数据帧，用于交换各自交换机的状态信息、选举根交换机和根端口，并为每个物理网段选举指定端口。根端口，并为每个物理网段选举指定端口。7非指定端口非指定端口除去根端口和指定端口之外的其他端口称为非指定端口，除去根端口和指定端口之外的其他端口称为非指定端口，非非指定端口处于阻塞状态指定端口处于阻塞状态，不转发任何用户数，不转发任何用户数据据。生成树协议基本术语生成树协议基本术语（续）（续）1. 1. 选举根交换机选举根交换机生成树的计算过程生

12、成树的计算过程2.2.选举非根交换机的根端口选举非根交换机的根端口生成树的计算过程生成树的计算过程（续）（续）3.3.选举网段的指定端口选举网段的指定端口生成树的计算过程生成树的计算过程（续）（续）4. 4. 阻塞非指定端口阻塞非指定端口生成树的计算过程生成树的计算过程（续）（续）端口状态端口状态 阻塞阻塞 倾听倾听 学习学习 转发转发 p 端口的不同状态：端口的不同状态：p 堵塞（堵塞（Block，默认，默认20s）：只监听流入的）：只监听流入的BPDU监听（监听（Listen，默认，默认15s）：监听和发送）：监听和发送BPDU（根（根桥、根端口、指定端口等的选举在该阶段完成，如果桥、根端

13、口、指定端口等的选举在该阶段完成，如果接口没有成为接口没有成为DP则重新回到则重新回到Block）:学习（学习（Learning，默认，默认15s）:监听和发送监听和发送BPDU,并并且会在该接口上学习流入帧的且会在该接口上学习流入帧的MAC地址地址转发：转发： 监听和发送监听和发送BPDU,会在该接口上学习流入帧会在该接口上学习流入帧的的MAC地址地址,接收和转发数据帧接收和转发数据帧禁用禁用: 不参与不参与STP,并且不能转发任何数据并且不能转发任何数据.端口状态迁移端口状态迁移TimeBlocking20 SecListeningLearning15 SecForwarding15 Se

14、cForward DelayForward DelayMax-Age生成树使用计时器来决定状态间转换所需的时间生成树使用计时器来决定状态间转换所需的时间生成树重新计算生成树重新计算传统生成树的不足传统生成树的不足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Forwarding DelayForwarding Delay时间时间如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁地失去连通如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁地失去连通性性SWASWBSWCDPDPRPDPRPServer每次拓扑变化，我每次拓扑变化，我都至少有都至少有30秒的时秒的时间无法访问服务器！

15、间无法访问服务器！快速生成树协议快速生成树协议RSTP 为了缩短生成树协议的收敛时间，提出了使用为了缩短生成树协议的收敛时间，提出了使用RSTPRSTP（Rapid Spanning Tree ProtocolRapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议），快速生成树协议），在在IEEE 802.1wIEEE 802.1w中对中对RSTPRSTP做出了定义。做出了定义。 运行运行RSTPRSTP的交换机端口包括根端口、指定端口、预备的交换机端口包括根端口、指定端口、预备端口和备份端口四种端口角色。预备端口用于备份根端口和备份端口四种端口角色。预备端口用于备份根端口，

16、备份端口用于备份指定端口。对于备份端口和端口，备份端口用于备份指定端口。对于备份端口和预备端口，都处于不转发状态。预备端口，都处于不转发状态。多生成树协议多生成树协议MSTPSTPSTP和和RSTPRSTP都是单生成树。这会导致一些链路处于空闲状态，都是单生成树。这会导致一些链路处于空闲状态，降低了线路的利用效率；另一方面，用户希望能根据不同的降低了线路的利用效率；另一方面，用户希望能根据不同的VLANVLAN或者或者VLANVLAN组使用不同的生成树。提出了多生成树协议（组使用不同的生成树。提出了多生成树协议（Multiple Spanning Tree ProtocolMultiple S

17、panning Tree Protocol，MSTPMSTP）。）。MSTPMSTP是是IEEE 802.1sIEEE 802.1s提出的提出的基于基于VLANVLAN实例实例的新协议，它解决了的新协议，它解决了RSTPRSTP单单生成树问题。生成树问题。STP/RSTPSTP/RSTP是基于端口的，而是基于端口的，而MSTPMSTP是基于是基于VLANVLAN实例的。实例的。实例，就是多个实例，就是多个VLANVLAN的一个集合，在的一个集合，在MSTPMSTP中，每个实例生成一中，每个实例生成一棵生成树。这种将多个棵生成树。这种将多个VLANVLAN捆绑到一个实例中可以节省通信开捆绑到一个

18、实例中可以节省通信开销和资源占用率销和资源占用率，并能，并能实现负载均衡。实现负载均衡。目录目录生成树配置命令生成树配置命令生成树的相关配置（中兴交换机）生成树的相关配置（中兴交换机）ZXR10 3900A/2826SZXR10 3900A/2826S三种模式：三种模式：SSTPSSTP、RSTP RSTP 和和MSTPMSTP，（1 1）启用和关闭生成树协议）启用和关闭生成树协议ZXR10(config)#spanning-tree enable | disableZXR10(config)#spanning-tree enable | disable说明：默认情况下，在说明：默认情况下，在

19、ZTEZTE交换机中交换机中STPSTP是关闭的，是关闭的，（2 2）配置）配置STPSTP的模式的模式ZXR10(config)# spanning-tree mode sstp | rstp | mstpZXR10(config)# spanning-tree mode sstp | rstp | mstp说明：在说明：在ZTEZTE交换机中，默认情况下，运行生成树协议之后的模式交换机中，默认情况下，运行生成树协议之后的模式为为MSTPMSTP。MSTP配置命令（中兴交换机）配置命令（中兴交换机）（1 1）创建实例）创建实例 步骤步骤1 1：进入：进入MSTPMSTP配置模式。配置模式。Z

20、XR10(config)# spanning-tree mst configurationZXR10(config)# spanning-tree mst configuration 步骤步骤2 2：创建实例。：创建实例。ZXR10(config-mstp)# instance ZXR10(config-mstp)# instance vlans vlans （2 2）更新）更新MSTMST配置名称和配置版本号配置名称和配置版本号 1 1）设置设置MST MST 配置名称。配置名称。ZXR10(config-mstp)# name ZXR10(config-mstp)# name 2 2）配置

21、版本号。）配置版本号。ZXR10(config-mstp)# revision ZXR10(config-mstp)# revision version（3 3）配置交换机优先级）配置交换机优先级ZXR10(config)# spanning-tree mst instance ZXR10(config)# spanning-tree mst instance priority priority STP、RSTP、MSTP配置实例（中兴交换机）配置实例（中兴交换机）p STPSTP、RSTPRSTP、MSTPMSTP配置实例见书配置实例见书92-9492-94页页生成树协议的诊断与维护生成树协

22、议的诊断与维护（中兴交换机）（中兴交换机）1 1）显示基于实例的生成树详细信息。）显示基于实例的生成树详细信息。Show spanning-tree instance Show spanning-tree instance 2 2）显示指定端口的生成树信息。）显示指定端口的生成树信息。Show spanning-tree interface Show spanning-tree interface 3 3）显示指定端口的）显示指定端口的BPDUBPDU包发送和接收的统计信息。包发送和接收的统计信息。Show spanning-tree statistics Show spanning-tree

23、 statistics 思科交换机生成树协议思科交换机生成树协议p有四种协议有四种协议:通用通用CST.思科思科PVST.增强型增强型PVST+.MSTp 一、启用生成树一、启用生成树:spanning-tree modevlanportfastp 1、p spanning-tree mode ？p pvst Per-Vlan spanning tree modep rapid-pvst Per-Vlan rapid spanning tree modep Switch(config)#spanning-tree mode pvst思科交换机思科交换机p2、spanning-tree vlan

24、 ? vlan range, example: 1,3-5,7,9-11spanning-tree vlan 1 ? priority（优先级）（优先级） Set the bridge priority for the spanning tree bridge priority in increments of 4096 root （根网桥）（根网桥） Configure switch as root 思科交换机思科交换机p3、p Sw1(config)#spanning-tree portfast default （所（所有接口启用）全局下用有接口启用）全局下用一般用在接入层的交换机上。一般

25、用在接入层的交换机上。Sw1(config-if)#spanning-tree portfast 接口下单独接口下单独启用启用Sw1(config-if)#spanning-tree portfast disable (某某个口禁用，通常是连接另一台交换机的口）个口禁用，通常是连接另一台交换机的口）思科交换机思科交换机二、二、.建立根网桥建立根网桥:(1)直接建立直接建立:spanning-tree vlan 2 root primary(2)通过修改优先级建立通过修改优先级建立:spanning-tree vlan 2 priority 24768(4096的倍数的倍数,值越小值越小,优先级

26、越高优先级越高.默认为默认为32768)三、确定路径三、确定路径，选定根端口选定根端口:(1)可通过修改端口成本可通过修改端口成本: (在配置模式下在配置模式下)spanning-tree vlan 2 cost *(100m为为19,10m为为100,值越小值越小,路径越优先路径越优先)月（月（注：模注：模拟器上不能实现）拟器上不能实现）(2)可修改端口优先级可修改端口优先级: (在接口模式下在接口模式下)spanning-tree vlan 2 port-priority *(0-255,默认为默认为128)思科交换机思科交换机四、四、.可修改计时器可修改计时器(可选可选)(1)修改修改H

27、ELLO时间时间:spanning-tree vlan 2 hello-time *(1-10s,默默认为两秒认为两秒)(2)修改转发延迟时间修改转发延迟时间:spanning-tree vlan 2 forward-time *(4-30s,默认为默认为15s)(3)修改最大老化时间修改最大老化时间:spanning-tree vlan 2 max-age *(6-40,默默认是认是20秒秒)五五.配置快速端口配置快速端口:spanning-tree portfast六六.配置上行端口配置上行端口:spanning-tree uplinkfast思科交换机检查命令思科交换机检查命令1.检查生

28、成树检查生成树:show spanning-tree summary2.检查根网桥检查根网桥:show spannint-tree vlan 2 detail3.检查网桥优先级检查网桥优先级:show spanning-teee vlan 2 detail4.检查端口成本检查端口成本:show spanninn-tree interface f0/2 detail5.检查端口优先级检查端口优先级:show spanning-tree interface f0/2 detail6.检查检查HELLO时间时间.转发延迟转发延迟.最大老化时间最大老化时间:show spanning-tree vla

29、n 27.检查速端口检查速端口:show spanning-tree interface f0/2 detail8.检查上行链路检查上行链路:show spanning-tree summary生成树端口有四种状态生成树端口有四种状态:1.阻塞阻塞:能收能收BPDU报文报文,其他的什么不干其他的什么不干2.侦听侦听:能收能收BPDU报文报文,能发送能发送BPDU报文报文,也不能学习也不能学习MAC地址地址.3.学习学习:能接收发送能接收发送BPD报文报文,也能学习也能学习MAC地址地址,并添加到并添加到MAC表表中中,但不有发送数据帧但不有发送数据帧.4.转发转发:什么都能干了什么都能干了,开

30、始正常接收和发送数据帧开始正常接收和发送数据帧5.从阻塞到侦听从阻塞到侦听20秒秒,从侦听到学习从侦听到学习15秒秒,从学习到转发从学习到转发15秒秒(默认默认)目录目录生成树协议配置实例生成树协议配置实例实验目的实验目的1) 本实验的目的是通过配置以下三种拓朴图，让我们对生成树的工本实验的目的是通过配置以下三种拓朴图，让我们对生成树的工作原理有更深的认识。作原理有更深的认识。 2）掌握生成树在交换机上的配置方法，）掌握生成树在交换机上的配置方法，对生成树在网络上的应用有更深的了解。对生成树在网络上的应用有更深的了解。实验要求实验要求简述生成树协议的三个前提。简述根桥、根端口、指定端口的选举简述生成树协议的三个前提。简述根桥、根端口、指定端口的选举原则。原则。实验内容实验内容通过三种拓朴图来研究根桥、根端口、指定端口选举方法；根桥、通过三种拓朴图来研究根桥、根端口、指定端口选举方法；根桥、根端口、指定端口查看方法根端口、指定端口查看方法实验拓扑实验拓扑192.168.1.1255.255.255.0192.168.1.2255.255.255.0交换机交换机1enConfInte vlan 1Ip add 192.168.1.2 255.255.255.0No shutExitInte fa 0/1Swit mode tru