第8讲-华为交换机生成树配置要点课件

第8讲生成树的配置6/9/20231武夷学院计算机系内容简介本讲主要介绍交换机上生成树作用、生成树的原理、生成树的缺点、快速生成树、生成树的计算实例、华为生成树配置命令、配置过程，在最后讲一个配置实例。6/9/20232武夷学院计算机系学习目标生成树的作用生成树的基本原理生成树的计算方法

快速生成树华为交换机生成树配置6/9/20233武夷学院计算机系

生成树的作用生成树的基本原理快速生成树生成树的计算方法举例华为交换机生成树配置6/9/20234武夷学院计算机系生成树的作用1、交换机中-透明网桥的应用拓展LAN的能力。自主动态学习站点的地址信息。问题：一般的透明网桥不会对转发的报文做任何记号，这样，如果网络中存在回路，则有可能报文在回路中不断循环转发，造成网络拥塞。6/9/20235武夷学院计算机系2、路径回环的产生LAN1LAN211112223336/9/20236武夷学院计算机系为什么引入生成树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ROOTLANALANBLANCLANDLANE6/9/20237武夷学院计算机系

生成树的作用生成树的基本原理快速生成树生成树的计算方法举例华为交换机生成树配置6/9/20238武夷学院计算机系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LAN，选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥，负责所在LAN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）6/9/20239武夷学院计算机系配置消息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）从指定网桥到根网桥的最小路径开销（RootPathCost）指定网桥的标识符(Identifier)指定网桥的指定端口的标识符(Identifier)即（RootID，RootPathCost，DesignatedBridgeID(指定网桥ID)，DesignatedPortID(指定端口ID)）6/9/202310武夷学院计算机系配置消息格式DMA：目的MAC地址配置消息的目的地址是一个固定的桥的组播地址（0x0180c2000000）SMA：源MAC地址即发送该配置消息的桥MAC地址 L/T：帧长LLCHeader：配置消息固定的链路头Payload：BPDU数据DMALLCHeaderSMAL/TPayload值域占用字节协议ID2协议版本BPDU类型标志位根桥ID根路径开销指定桥ID指定端口IDMessageAge11184822MaxAgeHelloTimeForwardDelay2226/9/202311武夷学院计算机系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6/9/202312武夷学院计算机系如何确定最优的配置消息配置消息的优先级比较原则，假定有两条配置消息C1和C2，则：如果C1的RootID小于C2的RootID，则C1优于C2如果C1和C2的RootID相同，但C1的RootPathCost小于C2，则C1优于C2如果C1和C2的RootID和RootPathCost相同，但C1的TransmitID小于C2，则C1优于C2如果C1和C2的RootID、RootPathCost和TransimitId相同，但C1的PortID小于C2，则C1优于C26/9/202313武夷学院计算机系一个接受并处理配置消息的例子根据收到配置消息的优先级，选择Port4为根端口，选择Port1和Port2为指定端口，同时阻塞端口Port3和Port5。从Port1和Port2发送新的配置消息：（23，15，81），其中，RootId=23RootPathCost=14+1=15RootPort=Port4Port1Port2Port3Port4Port5blockingblocking32，0，3223，18，12323，14，32123，14，10023，15，80root23，15，81B8123，15，816/9/202314武夷学院计算机系链路故障怎么办HelloTime网桥从指定端口以HelloTime为周期定时发送配置消息。MessageAge和MaxAge端口保存的配置消息有一个生存期MessageAge字段，并按时间递增。每当收到一个生存期更小的配置消息，则更新自己的配置消息。当一段时间未收到任何配置消息，生存期达到MaxAge时，网桥则认为该端口连接的链路发生故障，进行故障的处理。6/9/202315武夷学院计算机系链路故障处理一Port4的配置消息生存期超时了,则抛弃该配置消息,重新进行生成树计算,选择Port3为新的根端口，而网桥81的配置消息没有变化23，18，123Port1Port2Port3Port4Port5blocking23，14，32123，15，8023，15，81rootB8132，0，3223，15，8123，15，816/9/202316武夷学院计算机系链路故障处理二Port3的配置消息生存期也超时了，则抛弃该配置消息，重新进行生成树计算，选择Port5为新的根端口，网桥81的配置消息变为（23，16，81）Port1Port2Port3Port4Port523，15，8023，16，81root23，16，8132，0，3223，18，12323，16，8123，16，81B816/9/202317武夷学院计算机系链路故障处理三Port5的配置消息生存期也超时了，则抛弃该配置消息，以自己为根桥发送配置消息（81，0，81），直到从任一个端口收到优先级更高的配置消息Port1Port2Port3Port4Port581，0，8181，0，8181，0，8181，0，8181，0，81B816/9/202318武夷学院计算机系临时回路的问题当拓扑结构发生变化，新的配置消息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：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；若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。6/9/202319武夷学院计算机系如何避免临时回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。ForwardDelay：配置消息传播到整个网络的最大时延设计中间状态：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ForwardDelay的延时后进入中间状态；再经过ForwardDelay的延时后才能进入转发状态。6/9/202320武夷学院计算机系端口的几种状态端口状态端口能力Disabled不收发任何报文Blocking(堵塞)不接收或转发数据，接收但不发送BPDUs，不进行地址学习Listening(监听)不接收或转发数据，接收并发送BPDUs，不进行地址学习Learning(学习)不接收或转发数据，接收并发送BPDUs，开始地址学习Forwarding(向前)接收并转发数据，接收并发送BPDUs，进行地址学习6/9/202321武夷学院计算机系端口的状态迁移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）ForwardDelay延时（1）（2）（1，2）（1，2）（1，2）（1）（2）（4）（4）（5）（4）（5）（3）6/9/202322武夷学院计算机系MAC地址信息的生存期拓扑结构改变会使站点在生成树中的相对位置发生移动，那么网桥原来学习到的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。在生成树协议中有两个生存期：拓扑稳定的时候用较长的生存期。拓扑改变的时候用较短的生存期。网络拓扑发生改变的时候，并不是所有的网桥都能够发现这一变化，所以需要把拓扑改变的信息通知到整个网络。6/9/202323武夷学院计算机系站点的相对位置发生变化LANALANBLANCLANELANDROOTB1B2B3B46/9/202324武夷学院计算机系拓扑改变消息的传播ROOT拓扑改变通知消息拓扑改变应答消息拓扑改变消息13244556/9/202325武夷学院计算机系生成树协议的不足端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的ForwardDelay时间，所以网络拓扑结构改变之后需要至少两倍的ForwardDelay时间，才能恢复连通性。如果网络中的拓朴结构变化频繁，网络会频繁的失去连通性，这样用户就会无法忍受。6/9/202326武夷学院计算机系

生成树的作用生成树的基本原理快速生成树生成树的计算方法举例华为交换机生成树配置6/9/202327武夷学院计算机系快速生成树协议快速生成树协议是从生成树协议发展而来，实现的基本思想一致；快速生成树具备生成树的所有功能；快速生成树改进目的就是当网络拓扑结构发生变化时，尽可能快的恢复网络的连通性。6/9/202328武夷学院计算机系快速生成树的改进一在新拓扑结构中的根端口可以立刻进入转发状态，如果旧的根端口已经进入阻塞状态，而且新根端口连接的对端交换机的指定端口处于Forwarding状态。LANATOROOTLANALANALANAFF指定端口指定端口根端口阻塞端口FLANALANAFF指定端口指定端口根端口阻塞端口FTOROOT6/9/202329武夷学院计算机系快速生成树的改进二指定端口可以通过与相连的网桥进行一次握手，快速进入转发状态。LANBLANAF指定端口根端口握手请求握手响应12346/9/202330武夷学院计算机系注意！两点注意:握手必须在点对点链路的条件下进行一次握手之后，响应握手的网桥的非边缘指定端口将变为blocking状态，则需要继续向自己的邻接网桥发起握手LANALANBLANCLANAF指定端口指定端口指定端口FF非点到点链路握手的扩散6/9/202331武夷学院计算机系快速生成树的改进三网络边缘的端口，即直接与终端相连，而不是和其他网桥相连的端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时。LANBLANCLANA根端口边缘端口LANDFTOROOT阻塞端口6/9/202332武夷学院计算机系快速生成树的性能第一种改进的效果：发现拓扑改变到恢复连通性的时间可达数毫秒，并且无需传递配置消息。第二种改进的效果：网络连通性可以在交换两个配置消息的时间内恢复，即握手的延时；最坏的情况下，握手从网络的一边开始，扩散到网络的另一边缘的网桥，网络连通性才能恢复。比如当网络直径为7的时候，要经过6次握手。第三种改进的效果：边缘端口的状态变化不影响网络连通性，也不会造成回路，所以进入转发状态无需延时。6/9/202333武夷学院计算机系生成树和快速生成树有何区别协议版本不同；端口状态转换方式不同；配置消息报文格式不同；拓扑改变消息的传播方式不同。注意：快速生成树也是在整个交换网络应用单生成树实例，不能解决由于网络规模增大带来的性能降低问题。建议网络直径最好不要超过7。6/9/202334武夷学院计算机系

生成树的作用生成树的基本原理快速生成树生成树的计算方法举例华为交换机生成树配置6/9/202335武夷学院计算机系生成树的计算方法举例通过以上的学习，我们知道，STP的基本原理是，通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文（在IEEE802.1D中这种协议报文被称为“配置消息”）来确定网络的拓扑结构。配置消息中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。6/9/202336武夷学院计算机系配置消息中主要包括以下内容：(1)

树根的ID：由树根的优先级和MAC地址组合而成；(2)

到树根的最短路径开销；(3)

指定交换机的ID：由指定交换机的优先级和MAC地址组合而成；(4)

指定端口的ID：由指定端口的优先级和端口编号组成；(5)

配置消息的生存期：MessageAge；(6)

配置消息的最大生存期：MaxAge；(7)

配置消息发送的周期：HelloTime；(8)

端口状态迁移的延时：ForwardDelay。指定端口和指定交换机的含义，请参见下面的说明：6/9/202337武夷学院计算机系网络图6/9/202338武夷学院计算机系概念说明对一台交换机而言，指定交换机就是与本机直接相连并且负责向本机转发数据包的交换机，指定端口就是指定交换机向本机转发数据的端口；对于一个局域网而言，指定交换机就是负责向这个网段转发数据包的交换机，指定端口就是指定交换机向这个网段转发数据的端口。如图1-1所示，AP1、AP2、BP1、BP2、CP1、CP2分别表示SwitchA、SwitchB、SwitchC的端口，SwitchA通过端口AP1向SwitchB转发数据，则SwitchB的指定交换机就是SwitchA，指定端口就是SwitchA的端口AP1；与局域网LAN相连的有两台交换机：SwitchB和SwitchC，如果SwitchB负责向LAN转发数据包，则LAN的指定交换机就是SwitchB，指定端口就是SwitchB的BP2。6/9/202339武夷学院计算机系生成树协议算法实现的具体过程6/9/202340武夷学院计算机系为描述方便，在举例中仅给出配置消息的前四项：树根ID（以以太网交换机的优先级表示）根路径开销，指定交换机ID（以以太网交换机的优先级表示），指定端口ID（以端口号表示）。如上图所示，SwitchA的优先级为0，SwitchB的优先级为1，SwitchC的优先级为2，各个链路的路径开销如图中所示，分别为5、10、4。6/9/202341武夷学院计算机系(1)

初始状态各台交换机的各个端口在初始时会生成以自己为根的配置消息，根路径开销为0，指定交换机ID为自身交换机ID，指定端口为本端口。SwitchA：(1)

树根的ID，(2)

到树根的最短路径开销；(3)

指定交换机的ID，(4)指定端口的ID端口AP1配置消息：{0，0，0，AP1}端口AP2配置消息：{0，0，0，AP2}SwitchB：端口BP1配置消息：{1，0，1，BP1}端口BP2配置消息：{1，0，1，BP2}SwitchC：端口CP2配置消息：{2，0，2，CP2}端口CP1配置消息：{2，0，2，CP1}6/9/202342武夷学院计算机系(2)

选出最优配置消息

各台交换机都向外发送自己的配置消息。当某个端口收到比自身的配置消息优先级低的配置消息时，交换机会将接收到的配置消息丢弃，对该端口的配置消息不作任何处理。当端口收到比本端口配置消息优先级高的配置消息的时候，交换机就用接收到的配置消息中的内容替换该端口的配置消息中的内容。然后以太网交换机将该端口的配置消息和交换机上的其它端口的配置消息进行比较，选出最优的配置消息6/9/202343武夷学院计算机系配置消息的比较原则是：

树根ID较小的配置消息优先级高；

若树根ID相同，则比较根路径开销，比较方法为：用配置消息中的根路径开销加上本端口对应的路径开销之和（设为S），则S较小的配置消息优先级较高；若根路径开销也相同，则依次比较指定交换机ID、指定端口ID、接收该配置消息的端口ID等。为便于表述，本例中假设只需比较树根ID就可以选出最优配置消息。6/9/202344武夷学院计算机系例子中各台交换机的比较过程如下：SwitchA：端口AP1收到SwitchB的配置消息，SwitchA发现本端口的配置消息优先级高于接收到的配置消息的优先级，就把接收到的配置消息丢弃。端口AP2的配置消息处理过程与端口AP1类似。SwitchA发现自己各个端口的配置消息中树根和指定交换机都是自己，则认为自己是树根，各个端口的配置消息都不作任何修改，以后周期性的向外发送配置消息。此时两个端口的配置消息如下：端口AP1配置消息：{0，0，0，AP1}。端口AP2配置消息：{0，0，0，AP2}。6/9/202345武夷学院计算机系SwitchB：1端口BP1收到来自SwitchA的配置消息，经过比较后SwitchB发现接收到的配置消息的优先级比端口BP1的配置消息的优先级高，于是更新端口BP1的配置消息。端口BP2收到来自SwitchC的配置消息，SwitchB发现该端口的配置消息优先级高于接收到的配置消息的优先级，就把接收到的配置消息丢弃。则此时各个端口的配置消息如下：端口BP1配置消息：{0，0，0，AP1}，端口BP2配置消息：{1，0，1，BP2}。6/9/202346武夷学院计算机系SwitchB：2SwitchB对各个端口的配置消息进行比较，选出端口BP1的配置消息为最优配置消息，然后将端口BP1定为根端口，整台交换机各个端口的配置消息都进行如下更新：根端口BP1配置消息不作改变：{0，0，0，AP1}。端口BP2配置消息中，树根ID更新为最优配置消息中的树根ID，根路径开销更新为5，指定交换机ID更新为本交换机ID，指定端口ID更新为本端口ID，配置消息变为：{0，5，1，BP2}。然后SwitchB各个指定端口周期性向外发送自己的配置消息。6/9/202347武夷学院计算机系SwitchC：1端口CP2先会收到来自SwitchB端口BP2更新前的配置消息{1，0，1，BP2}，SwitchC触发更新过程，更新后的配置消息如下：{1，0，1，BP2}。端口CP1收到来自SwitchA的配置消息{0，0，0，AP2}后SwitchC也触发更新过程，更新后的配置消息如下：{0，0，0，AP2}。6/9/202348武夷学院计算机系SwitchC：2经过比较，端口CP1的配置消息被选为最优的配置消息，端口CP1就被定位根端口，它的配置消息就不作改变；而端口CP2就会被阻塞，端口配置消息也不作改变，同时该端口不接收从SwitchB转发的数据（不包括STP的协议报文），直到新的情况发生触发生成树的重新计算，比如从SwitchB到SwitchC的链路down掉，或者端口收到更优的配置消息。接着端口CP2会收到SwitchB更新后的配置消息{0，5，1，BP2}，由于收到的配置消息比原配置消息优，则SwitchC触发更新过程，更新后的配置消息为：{0，5，1，BP2}。6/9/202349武夷学院计算机系SwitchC：3同时端口CP1收到来自SwitchA配置消息，比较后SwitchC不会触发更新过程，配置消息仍然为：{0，0，0，AP2}。经过比较，端口CP2的配置消息被选为最优的配置消息，端口CP2就被定为根端口，它的配置消息就不作改变，而端口CP1就被阻塞，端口配置消息不变，同时不接收从SwitchA转发的数据，直到新的情况触发生成树的计算，比如从SwitchB到SwitchC的链路down掉。6/9/202350武夷学院计算机系此时生成树就被确定下来，形状如图，树根为SwitchA：6/9/202351武夷学院计算机系小结本例为了描述方便，简化了很多计算、操作内容（比如树根ID和指定交换机ID在实际运算的过程中应该是由交换机的优先级和MAC地址共同组成的，指定端口ID则是由端口优先级和端口MAC地址共同构成；在配置消息的更新过程中，除了前四项会改变以外，其它配置消息也会按照一定的原则进行改变），但计算过程基本如此。6/9/202352武夷学院计算机系

生成树的作用生成树的基本原理快速生成树生成树的计算方法举例华为交换机生成树配置6/9/202353武夷学院计算机系RSTP主要配置包括开启设备生成树特性开启端口生成树特性配置RSTP的工作模式配置特定交换机的Bridge优先级指定交换机为根交换机或备份根交换机配置特定交换机的ForwardDelay时间配置特定交换机的HelloTime时间配置特定交换机的MaxAge时间配置特定端口的最大发送速率配置特定端口是否可以作为EdgePort配置特定端口的PathCost配置特定端口的优先级配置特定端口是否与点对点链路相连配置特定端口的mCheck变量配置交换机的保护功能6/9/202354武夷学院计算机系1、开启设备生成树特性请在系统视图下进行下列配置。操作命令开启/关闭设备RSTPstp

{enable|disable}将RSTP恢复为缺省的关闭状态undostp

只有开启了设备的生成树特性，生成树的其它配置才能生效。缺省情况下，不运行RSTP。6/9/202355武夷学院计算机系说明在以上的配置任务中，只有“开启设备生成树特性”和“开启端口生成树特性”为必选配置。如果用户不配置其它的任务，系统会采用这些配置任务的缺省配置。只有开启设备生成树特性后其它配置才能生效。在启动RSTP之前，可以配置设备或以太网端口的相关参数；启动RSTP后，这些参数将生效；RSTP关闭后，这些配置参数仍被保留；当RSTP重新启动后，这些参数仍将生效。使用相应的undo命令可以恢复这些参数的缺省配置。6/9/202356武夷学院计算机系2、开启端口生成树特性请在以太网端口视图下进行下列配置。操作命令在指定端口上开启RSTPstpenable在指定端口上关闭RSTPstpdisable

可以通过命令开启/关闭指定端口的生成树特性。为了灵活地控制RSTP工作，在开启了交换机的以太网端口RSTP特性后（所有端口上开启RSTP），可以关闭交换机上特定以太网端口的RSTP特性，使这些端口不参与生成树计算需要注意的是，关闭以太网端口上的RSTP后，可能会产生冗余路径。缺省情况下，设备RSTP启动后在所有端口上开启RSTP。

6/9/202357武夷学院计算机系配置RSTP的工作模式请在系统视图下进行下列配置。配置运行RSTP的交换机工作在STP兼容模式或者RSTP模式下stp

mode{

stp

|

rstp

}将运行RSTP的交换机的工作模式恢复为缺省值undostp

mode

6/9/202358武夷学院计算机系说明RSTP的工作模式包括两种：RSTP模式、STP兼容模式。网络中所有网络设备都运行RSTP的情况下，运行RSTP的交换机将工作在RSTP模式下；如果网络中既存在运行STP的网络设备同时又存在运行RSTP的网络设备，则最好将运行RSTP的交换机设置为工作在STP兼容模式下6/9/202359武夷学院计算机系一般情况下，如果交换网络中存在运行STP的交换机，如果当前交换机运行在RSTP模式下，则它与运行STP的交换机相连的端口可以自动从RSTP模式迁移到STP兼容模式下。缺省情况下，运行RSTP的交换机工作在RSTP模式下。6/9/202360武夷学院计算机系配置特定交换机的Bridge优先级交换机的Bridge优先级的大小决定了这个交换机是否能够被选择为整个生成树的根。通过配置较小的Bridge优先级，可以达到指定某个交换机作为生成树树根的目的。请在系统视图下进行下列配置。配置特定交换机的Bridge优先级stppriority

bridge-priority将特定交换机的Bridge优先级恢复为缺省值undostppriority6/9/202361武夷学院计算机系说明：需要注意的是，如果整个交换网络中所有交换机的Bridge优先级采用相同的值，则MAC地址最小的那个交换机将被选择为根。在RSTP开启的情况下，如果配置交换机的Bridge优先级，会引起生成树重新计算。缺省情况下，交换机的Bridge优先级被配置为32768。6/9/202362武夷学院计算机系指定交换机为根交换机或备份根交换机RSTP可以通过计算来确定生成树的根交换机。用户也可以通过交换机提供的命令来指定当前交换机为根交换机。请在系统视图下进行下列配置。指定交换机为生成树的根交换机stp

rootprimary指定交换机为生成树的备份根交换机stprootsecondary取消交换机的根交换机或备份根交换机资格undostp

root6/9/202363武夷学院计算机系说明设置当前交换机为根交换机或者备份根交换机之后，用户不能再修改交换机的优先级。同一台交换机不能既作为根交换机，又作为备份根交换机。当根交换机出现故障或被关机时，备份根交换机可以取代根交换机成为生成树的根交换机；但是此时如果用户设置了新的根交换机，则备份根交换机将不会成为根交换机。如果用户为生成树配置了多个备份根交换机，当根交换机失效时，RSTP将选择MAC地址最小的那个备份根交换机作为根交换机。6/9/202364武夷学院计算机系用户可以通过将交换机的优先级设置为0达到将该交换机设置为生成树的树根的目的，也可以直接通过命令将该交换机设置为生成树的树根。用户不能同时为一个生成树指定两个或两个以上的根交换机，即不要将两台或两台以上的交换机指定为生成树的树根。用户可以给生成树指定多个备份树根，即可以将两台或两台以上的交换机指定为生成树的备份树根。一般情况下，建议用户给生成树指定一个树根和多个备份树根。

缺省情况下，交换机既不作为生成树的根交换机，也不作为生成树的备份根交换机。6/9/202365武夷学院计算机系配置特定交换机的ForwardDelay时间链路故障会引发网络重新进行生成树的计算，生成树的结构将发生相应的变化。不过重新计算得到的新配置消息无法立刻传遍整个网络，如果新