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

冗余交换网络组建项目二教学目标教学目标通过本章的学习，希望您能够：理解冗余掌握STP协议的基本术语掌握STP协议的计算过程掌握端口类型和STP协议的配置方法项目描述与分析项目背景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、教学管理和学生管理。为了学校的发展，需要建设校园网络。学校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通，不同管理机构之间不能访问。网络拓扑设计拓扑结构对比分析冗余链路的优点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。冗余链路的缺点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，在局域网中的这种冗余链路设计方案会给局域网带来一些问题，具体如下：f2b3f3b2f4b5f5b4f4b5f5b4f=转发b=阻塞f2f3LinkALinkB物理上冗余，是否就能保证业务的顺畅？冗余链路的缺点广播风暴冗余链路的缺点MAC地址不稳定冗余链路的缺点单帧多次递交目录生成树协议生成树协议简称为STP，STP是一个二层链路管理协议，定义在IEEE802.1D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。STP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使能备份线路，切换数据流。生成树概述1．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。该标识是由两部分组成的，第一部分是优先级，占2字节，取值范围为0～65535，默认值为32768；第二部分是交换机的MAC地址，占6字节。2．端口成本和端口优先级生成树协议的最终运行结果就是闭塞一些冗余的端口，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，当端口成本相同时，优先级高的端口优先闭塞，优先级最低的端口进行转发。若优先级相同，选择端口号小的进行转发。生成树协议基本术语3．根交换机具有最小交换机标识的交换机被选举成根交换机。在同一网络中，只有一个根交换机，其它交换机称为非根交换机。

Rootbridge=有最低桥ID的交换机BridgeID=桥优先级+桥MAC地址

在本例中,哪台交换机有最低桥ID？生成树协议基本术语（续）SwitchY缺省优先级32768

(8000hex)MAC0c0022222222SwitchX缺省优先级32768

(8000hex)MAC0c0011111111

生成树协议基本术语（续）4．根端口

顾名思义，根端口就是非根交换机通向根交换机的端口。根端口只存在在非根交换机上。选择根端口的依据：

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。

直连的交换机ID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生成树协议基本术语（续）SWASWB（非根交换机）SWC（非根交换机）根交换机根端口Cost=10Cost=20Cost=30下图中，非根交换机SWB和SWC的哪个端口会成为根端口？根端口生成树协议基本术语（续）5．指定端口

在每个物理网段到根交换机累计路径花费最小的端口称为指定端口。

在根交换机中，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：路径开销较低

所连接的交换机ID值最小

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生成树协议基本术语（续）100Root交换机B交换机A

100PortID=有最低PortID的端口PortID=端口优先级+端口Index在本例中,交换机B哪个端口是指定端口？端口1缺省优先级128

端口2缺省优先级128

端口1端口26．桥协议数据单元（BPDU）桥协议数据单元（BridgeProtocolDataUnit，简称BPDU），生成树协议通过在交换机之间每隔2s周期性的发送BPDU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。7．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，非指定端口处于阻塞状态，不转发任何用户数据。生成树协议基本术语（续）1.选举根交换机生成树的计算过程2.选举非根交换机的根端口生成树的计算过程（续）3.选举网段的指定端口生成树的计算过程（续）4.阻塞非指定端口生成树的计算过程（续）端口状态阻塞倾听学习转发端口的不同状态：堵塞（Block，默认20s）：只监听流入的BPDU

监听（Listen，默认15s）：监听和发送BPDU（根桥、根端口、指定端口等的选举在该阶段完成，如果接口没有成为DP则重新回到Block）:

学习（Learning，默认15s）:监听和发送BPDU,并且会在该接口上学习流入帧的MAC地址

转发：监听和发送BPDU,会在该接口上学习流入帧的MAC地址,接收和转发数据帧

禁用:不参与STP,并且不能转发任何数据.

端口状态迁移TimeBlocking20SecListeningLearning15SecForwarding15SecForwardDelayForwardDelayMax-Age生成树使用计时器来决定状态间转换所需的时间不接收或转发数据,接收和发送BPDUs,不进行地址学习不接收或转发数据,接收并发送BPDUs,不进行地址学习不接收或转发数据,接收并发送BPDUs,开始地址学习接收并转发数据,接收并发送BPDUs,进行地址学习生成树重新计算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ForwardingDelay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性SWASWBSWCDPDPRPDPRPServer每次拓扑变化，我都至少有30秒的时间无法访问服务器！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RSTP（RapidSpanningTreeProtocol，快速生成树协议），在IEEE802.1w中对RSTP做出了定义。运行RSTP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，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。多生成树协议MSTPSTP和RSTP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VLAN或者VLAN组使用不同的生成树。提出了多生成树协议（MultipleSpanningTreeProtocol，MSTP）。MSTP是IEEE802.1s提出的基于VLAN实例的新协议，它解决了RSTP单生成树问题。STP/RSTP是基于端口的，而MSTP是基于VLAN实例的。实例，就是多个VLAN的一个集合，在MSTP中，每个实例生成一棵生成树。这种将多个VLAN捆绑到一个实例中可以节省通信开销和资源占用率，并能实现负载均衡。目录生成树配置命令生成树的相关配置（中兴交换机）ZXR103900A/2826S三种模式：SSTP、RSTP和MSTP，（1）启用和关闭生成树协议ZXR10(config)#spanning-tree{enable|disable}说明：默认情况下，在ZTE交换机中STP是关闭的，（2）配置STP的模式ZXR10(config)#spanning-treemode{sstp|rstp|mstp}说明：在ZTE交换机中，默认情况下，运行生成树协议之后的模式为MSTP。MSTP配置命令（中兴交换机）（1）创建实例

步骤1：进入MSTP配置模式。ZXR10(config)#spanning-treemstconfiguration

步骤2：创建实例。ZXR10(config-mstp)#instance<instance>vlans<vlan-id>（2）更新MST配置名称和配置版本号1）设置MST配置名称。ZXR10(config-mstp)#name<string>2）配置版本号。ZXR10(config-mstp)#revision<version>（3）配置交换机优先级ZXR10(config)#spanning-treemstinstance<instance>priority<priority>STP、RSTP、MSTP配置实例（中兴交换机）STP、RSTP、MSTP配置实例见书92-94页生成树协议的诊断与维护（中兴交换机）1）显示基于实例的生成树详细信息。

Showspanning-treeinstance<instance>

2）显示指定端口的生成树信息。

Showspanning-treeinterface<port-name>

3）显示指定端口的BPDU包发送和接收的统计信息。

Showspanning-treestatistics<port-name>思科交换机生成树协议有四种协议:通用CST.思科PVST.增强型PVST+.MST一、启用生成树:spanning-tree[mode][vlan][portfast]1、spanning-treemode？pvstPer-Vlanspanningtreemoderapid-pvstPer-VlanrapidspanningtreemodeSwitch(config)#spanning-treemodepvst思科交换机2、spanning-treevlan?

vlanrange,example:1,3-5,7,9-11spanning-treevlan1?

priority（优先级）Setthebridgepriorityforthespanningtree<0-61440>bridgepriorityinincrementsof4096

root（根网桥）Configureswitchasroot

思科交换机3、Sw1(config)#spanning-treeportfastdefault（所有接口启用）全局下用

一般用在接入层的交换机上。

Sw1(config-if)#spanning-treeportfast接口下单独启用

Sw1(config-if)#spanning-treeportfastdisable(某个口禁用，通常是连接另一台交换机的口）思科交换机二、.建立根网桥:(1)直接建立:spanning-treevlan2rootprimary(2)通过修改优先级建立:spanning-treevlan2priority24768(4096的倍数,值越小,优先级越高.默认为32768)三、确定路径，选定根端口:(1)可通过修改端口成本:(在配置模式下)spanning-treevlan2cost***(100m为19,10m为100,值越小,路径越优先)月（注：模拟器上不能实现）(2)可修改端口优先级:(在接口模式下)spanning-treevlan2port-priority***(0-255,默认为128)思科交换机四、.可修改计时器(可选)(1)修改HELLO时间:spanning-treevlan2hello-time**(1-10s,默认为两秒)(2)修改转发延迟时间:spanning-treevlan2forward-time***(4-30s,默认为15s)(3)修改最大老化时间:spanning-treevlan2max-age***(6-40,默认是20秒)五.配置快速端口:spanning-treeportfast六.配置上行端口:spanning-treeuplinkfast思科交换机检查命令1.检查生成树:showspanning-treesummary2.检查根网桥:showspannint-treevlan2detail3.检查网桥优先级:showspanning-teee

vlan2detail4.检查端口成本:showspanninn-treeinterfacef0/2detail5.检查端口优先级:showspanning-treeinterfacef0/2detail6.检查HELLO时间.转发延迟.最大老化时间:showspanning-treevlan27.检查速端口:showspanning-treeinterfacef0/2detail8.检查上行链路:showspanning-treesummary生成树端口有四种状态:1.阻塞:能收BPDU报文,其他的什么不干2.侦听:能收BPDU报文,能发送BPDU报文,也不能学习MAC地址.3.学习:能接收发送BPD报文,也能学习MAC地址,并添加到MAC表中,但不有发送数据帧.4.转发:什么都能干了,开始正常接收和发送数据帧5.从阻塞到侦听20秒,从侦听到学习15秒,从学习到转发15秒(默认)目录生成树协议配置实例实验目的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，对生成树在网络上的应用有更深的了解。实验要求简述生成树协议的三个前提。简述根桥、根端口、指定端口的选举原则。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、根端口、指定端口查看方法实验拓扑192.168.1.1255.255.255.0192.168.1.2255.255.255.0交换机1enConfInte

vlan1Ipadd192.168.1.2255.255.255.0NoshutExitIntefa0/1SwitmodetrunkExitIntefa0/2SwitmodetrunkexitSpanning-tree?Spanning-treemode?Spanning-treemodepvstShowspanning-tree