STP(生成树协议讲解)课件

1、STP第1页，共59页。局域网中通常会存在冗余链路。需要一种方法阻塞冗余链路，消除路径环路，并且在必要时将冗余链路自动切换为转发状态，恢复网络的连通性。生成树协议就可以实现这样的功能。生成树协议包括STP、RSTP、MSTP等。本章对STP的工作原理进行详细介绍。引入第2页，共59页。了解STP消除环路的思想掌握STP的基本概念掌握STP计算过程掌握STP的端口状态掌握STP拓扑改变处理过程了解STP的不足课程目标学习完本课程，您应该能够：第3页，共59页。STP介绍STP基本概念STP计算过程STP端口状态STP拓扑改变处理过程STP协议的不足目录第4页，共59页。Page5交换机转发流程回

2、顾E0/2E0/3E0/5E0/600-0D-56-BF-88-1000-0D-56-BF-88-20PCASWASWBPCB123第5页，共59页。Page6环路引起的问题之一 广播风暴PCASWASWB广播12344第6页，共59页。Page7交换机学习MAC地址表回顾E0/2E0/3E0/5E0/600-0D-56-BF-88-1000-0D-56-BF-88-20PCASWASWBPCB123第7页，共59页。Page8E0/3E0/4E0/5E0/6PCASWASWB00-0D-56-BF-88-10E0/200-0D-56-BF-88-10E0/200-0D-56-BF-88-10

3、E0/4错误目的端口环路引起的问题之二 MAC地址表不稳定第8页，共59页。什么是STP？STP是二层网络中用于消除环路的协议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ROOTPhysical Segment APhysical Segment BPhysical Segment CPhysical Segment DPhysical Segment E第9页，共59页。STP消除环路的思想将网络拓扑修剪为树形选择树根节点确定最短路径阻塞冗余链路ROOTPhysical Segment APhysical Segment BPhy

4、sical Segment CPhysical Segment DPhysical Segment E第10页，共59页。STP介绍STP基本概念STP计算过程STP端口状态STP拓扑改变处理过程STP协议的不足目录第11页，共59页。桥和端口的角色桥的角色：根桥 指定桥 端口角色：根端口指定端口Alternate端口根桥根端口根端口指定端口指定端口指定端口Alternate端口指定桥SWASWBSWCSWA指定桥SWB第12页，共59页。桥ID桥ID用于在STP中唯一的标识一个桥，桥ID由两部分组成，长度为8个字节桥优先级：高16位 (065535,默认32768)优先级（16bit） =

5、4Bit 桥优先级 + 12Bit 扩展系统IDMAC地址：低48位桥优先级桥MAC地址2字节6字节桥ID第13页，共59页。路径开销（Path Cost）路径开销用于衡量桥与桥之间路径的优劣STP中每条链路都具有开销值路径开销等于路径上全部链路开销之和SWBSWCSWA1Gig1GigCost20Cost200100M第14页，共59页。链路开销标准第15页，共59页。配置BPDU网桥通过交互配置BPDU获取STP计算所需要的参数配置BPDU基于二层组播方式发送，目的地址为01-80-C2-00-00-00配置BPDU由根桥周期发出，发送周期为Hello Time。配置BPDU老化时间为Ma

6、x Age。SWASWB配置BPDURootSWC配置BPDU第16页，共59页。配置BPDU格式DMA:目的MAC地址SMA:源MAC地址L/T:帧长LLC Header:配置消息固定的链路头Payload: BPDU数据PayloadL/TSMADMALLC HeaderRoot IDRoot Path CostBridge IDPort IDParametersByteProtocol ID2Protocol Version IDBPDU TypeFlagsMessage Age11184822Max AgeHello TimeForward Delay222STP优先级向量第17页，共

7、59页。STP介绍STP基本概念STP计算过程STP端口状态STP拓扑改变处理过程STP协议的不足目录第18页，共59页。计算步骤任务一：选举根桥任务二：确定端口角色SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACD1 GigPath Cost = 201 GigPath Cost = 20100M Path cost = 200100M Path cost = 200SWCBID=32768.MACC2 Gig 聚合Path cost = 18第19页，共59页。计算方法配置BPDU处理网桥将各个端口收到的配置BPDU和自己的配置BPDU做比较，得出优

8、先级最高的配置BPDU网桥用优先级最高的配置BPDU更新本身的配置BPDU ，用于选举根桥和确定端口角色网桥从指定端口发送新的配置BPDU配置BPDU比较原则优先级向量最小者最优首先比较Root Bridge ID其次比较Root Path Cost再次比较Designate Bridge ID再其次比较Designate Port ID最后比较Bridge Port ID第20页，共59页。根桥选举过程SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC我是根桥 我是根桥 我是根桥 我是根桥寻找最小桥ID第21页，共59

9、页。Root ID =8192.MACB根桥选举过程（续）Root ID =8192.MACBRoot ID =0.MACARoot ID =0.MACARoot ID =32768.MACC Root ID =8192.MACBRoot ID =32768.MACC Root ID =32768.MACC Root ID =4096.MACD Root ID =4096.MACD SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACD第22页，共59页。根桥选举过程（续）SWBBID=8192.MACBSWABID=0.M

10、ACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC我是根桥 我是根桥 SWA是根桥SWA是根桥第23页，共59页。根桥选举过程（续）Root ID =0.MACARoot ID =0.MACARoot ID =0.MACARoot ID =0.MACARoot ID =0.MACARoot ID =0.MACA Root ID =4096.MACD Root ID =4096.MACD SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACD第24页，共59页。根桥选举结果SWBBID=8192.MACB

11、SWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC我是根桥 SWA是根桥 SWA是根桥SWA是根桥第25页，共59页。确定端口角色的标准根端口：网桥上到根桥最近的端口指定端口：端口的配置BPDU在其所属链路上是最优的Alternate端口：端口的配置BPDU在其所属链路上不是最优的，且端口不是根端口第26页，共59页。端口角色确定过程SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACD1 GigPath Cost = 201 GigPath Cost = 20100M Path cost = 200100M Pat

12、h cost = 200SWCBID=32768.MACC2 Gig 聚合Path cost = 18第27页，共59页。Root ID =32768.MACC RPC=0 Root ID =8192.MACB RPC=0端口角色确定过程（续）Root ID =8192.MACB RPC=0Root ID =8192.MACB RPC=0 Root ID =0.MACA RPC=0Root ID =0.MACA RPC=0Root ID =32768.MACC RPC=0Root ID =32768.MACC RPC=0Root ID =4096.MACD RPC=0 Root ID =409

13、6.MACD RPC=0SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACD第28页，共59页。端口角色确定过程（续）SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC我是根桥 RPC=0 我是根桥RPC=0 SWA是根桥RPC=18RPC=200RPC=18SWA是根桥RPC=200第29页，共59页。端口角色确定过程（续）Root ID =0.MACA RPC=18 Root ID =0.MACA RPC=200Root ID =0.MACA R

14、PC=200 Root ID =0.MACA RPC=0Root ID =0.MACA RPC=0Root ID =0.MACA RPC=18Root ID =4096.MACD RPC=0 Root ID =4096.MACD RPC=0SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACD第30页，共59页。端口角色确定过程（续）SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC我是根桥 RPC=0 SWA是根桥RPC=18RPC=38RPC=18

15、RPC=218SWA是根桥RPC=38SWA是根桥RPC=218第31页，共59页。端口角色确定过程（续）Root ID =0.MACA RPC=18 Root ID =0.MACA RPC=38 Root ID =0.MACA RPC=0Root ID =0.MACA RPC=0Root ID =0.MACA RPC=18SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACD第32页，共59页。端口角色确定过程（续）SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32

16、768.MACC我是根桥 RPC=0 SWA是根桥RPC=18RPC=38RPC=18RPC=58SWA是根桥RPC=38SWA是根桥RPC=58第33页，共59页。端口角色确定结果Alternate端口：端口既非根端口也非指定端口指定端口：端口拥有该链路上最优的配置消息根桥路径开销=38根桥ID =0.MACARoot Path Cost= 18根桥ID =0.MACARoot Path Cost=38根桥ID =0.MACARoot Path Cost=0根端口：该端口到根桥的开销最小38200根桥路径开销=200SWBBID=8192.MACB第34页，共59页。STP计算结果SWBBI

17、D=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC指定端口指定端口根端口根端口根端口指定端口指定端口Alternate端口Alternate端口根桥指定端口第35页，共59页。等路径开销计算根桥SWABID=0.MACASWABID=0.MACA根桥SWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACDPath cost = 200Path cost = 200Path cost = 200Path cost = 200P

18、ath cost = 200Path cost = 200Path cost = 200DDRRDADDRRRDDA第36页，共59页。等路径开销计算（续）RPath cost = 200Path cost = 200SWABID=0.MACA根桥SWBBID=8192.MACBE0/1E0/2DDARPath cost = 200Path cost = 200SWABID=0.MACA根桥SWBBID=8192.MACBE0/1DAPath cost = 200E0/2E0/1E0/1E0/2Physical Segment第37页，共59页。收到低优先级配置BPDU时的处理根桥根桥BPDU

19、BPDUBPDUSWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACDBPDU低优先级配置BPDUHello TimerBPDU第38页，共59页。STP介绍STP基本概念STP计算过程STP端口状态STP拓扑改变处理过程STP协议的不足目录第39页，共59页。临时环路问题当拓扑结构发生变化，新的配置BPDU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可能会存在临时环路根桥SWABID=0.MACASWBBID

20、=8192.MACBSW CBID=4096.MACCDRDR根桥SWABID=0.MACASW BBID=8192.MACBSWCBID=4096.MACCDRDDRD新链路第40页，共59页。通过中间状态避免临时环路STP为端口定义了五种状态：Disabled、Blocking、Listening、Learning、Forwarding各端口状态对配置BPDU收发、MAC地址学习以及数据收发的处理有所不同第41页，共59页。Forward Delay延时从中间状态Listening经过一个延时进入另一个中间状态Learning从Learning状态再经过一个延时进入Forwarding状态

21、延时长度为Forward Delay第42页，共59页。STP端口状态机DisabledListeningBlockingForwardingLearning1）端口enabled2）端口disabled3）端口被选为根端口或指定端口4）端口被选为Alternate端口（阻塞）5）Forward Delay延时（1）（2）（2）（2）（2）（1）（2）（4）（4）（5）（4）（5）（3）第43页，共59页。STP端口状态示例SWBSWASWDSWCForwardingForwardingForwardingForwardingForwardingForwardingForwardingBloc

22、kingBlocking根桥Forwarding第44页，共59页。STP介绍STP基本概念STP计算过程STP端口状态STP拓扑改变处理过程STP协议的不足目录第45页，共59页。E1/0/1拓扑发生变化HostAHostBROOTSWCSWASWBSWDSWE链路中断E1/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/2E1/0/3E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/1从中断到恢复需要等待MAC地址老化，将近5分钟的时间！STP阻塞第46页，共59页。STP拓扑改变处理过程拓扑改变消息TCN拓扑改变应答消息TCA拓扑改变置位的BPDUHostAHostBROOT链路中断E1

23、/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/3E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/1拓扑改变时网桥使用较小的MAC地址生存期从中断到恢复最长需要等待50秒的时间！12344555STP阻塞SWCSWASWBSWDSWE第47页，共59页。TCN BPDUPayloadL/TSMADMALLC Header网桥发送TCN BPDU的条件为有端口转变为Forwarding状态，且该网桥至少包含一个指定端口有端口从Forwarding状态或Learning状态转变为Blocking状态ParametersByteProtocol ID2Protocol V

24、ersion IDBPDU Type11第48页，共59页。TCA以及TC置位的配置BPDUPayloadL/TSMADMALLC Header6543210Topology ChangeTopology Change Acknowledgment7标志位置位第7位置位表示该消息为TCA第0位置位表示该消息为TC置位BPDU1到6位保留标志位Root IDRoot Path CostBridge IDPort IDParametersByteProtocol ID2Protocol Version IDBPDU TypeFlagsMessage Age11184822Max AgeHello

25、TimeForward Delay222第49页，共59页。拓扑改变收敛时延分析SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCDDRRDA根桥故障BPDU等待Max Age Timer链路中断SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCDDRRDASWC根端口DOWNBPDUBPDUBPDU第50页，共59页。拓扑改变收敛时延分析（续）ROOTSWCSWASWBSWDSWEE1/0/1E1/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/3E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/2新增链路或

26、故障恢复链路新阻塞链路第51页，共59页。STP介绍STP基本概念STP计算过程STP端口状态STP拓扑改变处理过程STP协议的不足目录第52页，共59页。收敛时间长Power UpBlockingListeningLearningForwardingDisabledForward Delay TimerForward Delay Timer缺省情况下一个端口从Blocking状态过渡到Forwarding状态至少需要30秒钟（两倍的Forward Delay）。对于一个拓扑不稳定网络，会导致网络的长时间中断第53页，共59页。拓扑变化收敛机制不灵活ROOTSWCSWASWBSWDSWEE1/

27、0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/3E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/1STP阻塞主机频繁上下线时，网络会产生大量TCN第54页，共59页。Page55LANESWALANALANBLANCSWBSWCLANDRootLANC的指定端口E0/10E0/20E0/10E0/20E0/10E0/20STP基本配置物理拓扑第55页，共59页。Page56STP基本配置配置命令LANESWALANALANBLANCSWBSWCLANDRootLANC的指定端口E0/10E0/20E0/10E0/20E0/10E0/20Quidwaysysname

28、SWASWAstp enable SWAstp mode stpSWAstp priority 4096Quidwaysysname SWBSWBstp enable SWBstp mode stpSWBstp priority 8192Quidwaysysname SWCSWCstp enable SWCstp mode stpE0/24第56页，共59页。Page57SWCdisplay stp CIST Global InfoMode STPCIST Bridge : 32768.00e0-fc41-43b9Bridge Times :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20CIST Root/ERPC : 4096.00e0-fc41-4259 / 20000CIST RegRoot/IRPC : 32768.00e0-fc41-43b9 / 0CIST RootPortId :128.10BPDU-Protection :DisabledTC or