生成树协议概述

1、 2002, Cisco Systems, Inc. All rights reserved.1生成树协议概述目标完成本章后,你能:描述STP的目的和STP下的交换机端口身份. 解释为了避免路径环路问题,STP是怎样实施的,并能简单地描述大致的流程. 可以通过阻塞冗余链路的方法即把某些冗余端口逻辑上置 于阻塞状态来防止桥接环路的产生. STP算法是:IEEE802.1DSTP(生成树协议)生成树的理论思想STP：生成树协议；是一种网桥到网桥的协议。 生成树旨在确保网络中没有环路；在思科交换机上缺省在所有第2层端口上启用生成树协议。功能:允许在网络中存在容错的交换路径,并且不产生回路;即在之中有

2、多个链路,但是只有一条是激活的,其他的冗余线路都于备用状态以防止主链路出现故障.；从而实现一举两得,一箭双雕的目的.生成树协议的基本原理基本思想：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网段，选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥，负责所在网段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）BPDU包含的内容配置消息也被称作桥协议数据单元（BPDU）主要内容包括根网桥的Identifier（RootID）从指定网桥

3、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）每个广播网络只能有一个ROOT(根)桥每个非根桥只能有一个根端口每个网段只能有一个指定端口非指定端口和非根端口将被阻塞Catalyst交换机为每一个VLAN运行一个生成树,叫PVST生成树的判决根桥 = 最低的BID(网桥ID)BID总共8个字节,由16位优先级和48位MAC地址构成。默认的优先级是32768。MAC地址是交换机中的一个地址。每个交换机都有一个地

4、址池,每个STP 实例使用一个作为VLAN生成树实例(每VLAN一个)的BID.因此,一般在 交换机出厂时内置一些MAC地址,如CAT6500包含一个1024个MAC地 址的池给背板。生成树协议判决步骤一:根桥的选举 根桥的选举开始启动时:Bridge ID = Root ID1、协议标记、版本和消息类型总是为0。2、FLAGS（标记域）包含下列类型：(1)TC(拓扑改变)位:该信号指示拓扑变化并指明该BPDU是一个拓扑变化通告(TCN)BPCU.如果该位没有置位,则说明BPDU是一个配置BPDU.(2)TCA(拓扑改变确认)位,该位如果置位表示确认收到一个TC位被置位的配置消息.注意:这个字

5、节非常重要,它可以迅速的使MAC信息过期.在以后将会涉及到它.配置消息的处理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从指定端口发送新的配置消息根的战争好好想想我们前面讲过

6、的STP的判决过程一和根的选举,在下页做详细说明,请同学们先自己想一想根战争的解释-非常重要 最初,在交换机知道其他更好的之前,将自己的BID添入到ROOT ID中. 假设DSW111最先启动,且每隔2秒发布自己是根交换机. 几分钟后,DSW112启动并宣告自己是根交换机.当DSW112的BPDU到达DSW111时,DSW111丢弃该BPDU,因为DSW111在该端口上存储有更小的BID(它自己的BID).一旦DSW111发送一个BPDU,DSW112发现自己并没有开始时自认的那样重要.以后DSW112发送的BPDU就将DSW111列为根BID,DSW112作为发送者BID.现在网络一致认为D

7、SW111为根交换机. 5分钟后,ASW11启动.ASW11初始认为自己是根交换机并通过BPDU通告这个事实.一旦这些BPDU到达另两个交换机,所有交换机将根交换机的位置移交给ASW11.现在所有三台交换机发送BPDU宣告ASW11为根交换机.生成树协议判决步骤二:选举根端口 步骤二：在每个非根网桥选取惟一一个根端口(root port)根网桥上没有根端口根路径开销最小的成为根端口如果开销相同，Port ID最小端口的成为端口PORT ID共16位,其中8位端口优先级,8位端口号.优先级默认为128STP路径成本与根网桥建立关联哪一条是到达根网桥的最佳路径呢?计算路径开销1001001010S

8、witch D的路径开销是 20Switch CRootSwitch ASwitch BSwitch D路径开销可以通过修改交换机端口的开销参数来改变路径开销由源和目的地之间链路开销总和确定生成树协议判决步骤三:选举指定端口 阶段三：在每网段选取惟一一个指定端口 (designated port)计算所在网段的端口到根的路径成本总开销，到根桥开销最小的成为指定端口；由于根桥端口到其所在网段的代价最小，通常根桥端口成为所在网段的指定端口如果COST相同,由BID决定,小的胜出.被选定为根端口和指定端口的进入转发状态落选端口进入阻塞状态，只侦听BPDU。临时回路的问题当拓扑结构发生改变,新的配置消

9、息要经过一定的 时延才能传播到整个网络,在所有交换机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;如果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.第二种可能没有很大关系,最多扔几个包.但第一种可能的危害我就不需要多说了,同学们不用着急,STP算法的定时器策略提供了一个很好的解决方法.链路出现故障怎么办?如何避免临时环路? 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.Forward delay(转发延迟):配置消

10、息传递到整个网络的最大延时.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.STP的监听状态50S倾听转发学习阻断阻断倾听 学习 转发 关闭STP利用BID，路径成本和端口状态来建立无环路的拓扑。一般要让交换机成为根网桥，应将其优先级设置得较小为宜。STP下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

11、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，进行地址学习端口的状态迁移DisabledListeningBlockingForwardingLearning1）端口enabled2）端口disabled3）端口被选为根端口或指定端口4）端口被选为备用端口（阻塞）5）Forward Delay延时（1）（2）（1，2）（1，2）（1，2）（1）（2）（4）（4）（5）（4）（5）（3）STP的定时器最大生存时间(Max Age)可以在2-20秒之间进行设定.如果在此范围内没有收到最佳BPDU,交换机将宣布保

12、存的BPDU无效并开始寻找新的根端口.转发延迟(forward delay)控制两个状态. 1.默认值为15秒是源于假定最大网络包含网桥的跳数为7,最多丢失3个BPDU,HELLO时间为2秒. 2.网络拓扑发生变化后,转发延迟也控制MAC表的超时周期.Max-age问题只有当非直连链路出现故障时才出现.当故障出现在一个直连链路上,交换机知道该链路不会有BPDU来,所以该端口在进入转发时不会考虑最大生存时间.STP定时器举例说明CAT-A RP RP DP DP DP根网桥CAT-BCAT-C1/11/21/11/21/11/2网段1网段3网段2STP定时器举例说明CAT-A RP RP DP

13、DP DP根网桥CAT-BCAT-C1/11/21/11/21/11/2网段1网段3网段2MAC地址信息的生存期 拓扑结构的改变会使站点在生成树中的相对位置发生移动,那么原来学习到的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.网络拓扑发生改变的时候,不是所有的网桥都能发现一个变化,于是网桥仍旧试图转发帧到那些不可达的设备。所以需要把拓扑改变的信息通知到整个网络。迅速使那些不可达的MAC地址过期.拓扑改变消息的传播前面讲到的TCN、TCA在这里就用上了。关键:由ROOT发出拓扑改变BPDU,并使用转发延迟(15秒)使MAC表超时,比正常的5分钟快多了ROOT拓扑改变通知消息拓扑改变应答消息拓扑改变消息1324455STP举例生成树的重新计算生成树收敛当交换机或桥的所有端口要么处于转发状态要么处于阻塞状态时就叫做生成树收敛当网络拓扑发生改变时，交换机和桥必须重新计