RRPP和STP在企业网中的优势对比及应用设计

-.z.RRPP和STP在企业网中的优势对比及应用设计摘要在企业局域网中，广播风暴是经常发生的问题。发生后会大量消耗网络带宽，导致数据包无常地在网络中传送，从而导致数据的传送的停滞、数据包的丢失等一系列问题，甚至导致整个局域网的瘫痪。如今使用最为广泛的广播风暴预防措施是进行STP或RRPP的配置。预先破除网络中的环路，从根源上抑制广播风暴的形成。虽然STP与RRPP看似有着相同的破环功能，但是实现原理和实际应用上却有着很大的区别。本课题就是通过在eNSP模拟器上进行一系列的模拟，来对两种协议进行应用和对比，来探讨两种协议各自优势和最适用环境。关键词：STP；RRPP；广播风暴；二层环路RRPPandSTPadvantagecontrastandapplicationinenterprisenetworkdesignABSTRACTIsoftenoccurredintheenterpriselocalareanetwork(LAN),thebroadcaststormproblem.Afterwillconsumenetworkbandwidth,whichleadstothepacketscouldnotnormallyinthenetworktransmission,whichcanleadtothestagnationofthedatatransmission,packetloss,andaseriesofproblems,andevencausethewholelocalareanetworkparalysis.NowthemostwidelyusedbroadcaststormSTPorRRPPconfigurationisthroughpreventivemeasures.Breakinthenetworkloopinadvance,inhibittheformationofthebroadcaststormfromthesource.AlthoughtheSTPandRRPPseemtohavethesamefunctionofbroken,buttheimplementationprincipleandthepracticalapplicationhastheverybigdifference.Thistopicisthroughaseriesofe*perimentsoneNSPsimulator,applicationandparisontotwokindsofagreement,theirrespectiveadvantagestodiscusstwokindsofagreementandtheapplicableenvironment.Keywords:STP;RRPP;Thebroadcaststorm;Twolayerloop目录TOC\o"1-3"\h\u108601.绪论 122811.1选题背景和意义 1297531.2广播风暴及其危害 2231151.3eNSP设计平台简介 3199712.相关理论技术知识 4204712.1STP研究概况及现状 42.1.1STP产生背景42.1.2STP的实现原理5189292.2RRPP研究概况及现状 72.2.1RRPP产生背景82.1.2RRPP的.实现原理9211543.企业网设计 12254023.1企业需求及需求分析 123.2三层网络结构设计…133.3主要设备选型…14211544.网络配置16254024.1企业网基础配置16254024.2STP协议配置 17254024.3RRPP协议配置 18211545.实验运行及分析 20254025.1验证思路说明 21254025.2运行及分析2111209理论分析STP、RRPP差异与优劣 95.2.2理论分析的验证6.总结28参考文献……………….……..29致……………………..30附录…………….……………..31-.z.1绪论1.1选题背景现今社会，网络正在变得越来越重要，网络状况的健康与否也越来越受到人们的重视，大多数企业和机构遇到的问题主要集中在二层网络。而二层网络中出现的问题中，网络环路占了绝大多数席位。网络环路的出现，可能是因为操作不当，也可能是因为路由交换设备配置出错。总之，导致网络环路的原因非常之多，但是大多数网络的使用者并不具备破除环路的能力。因此一系列专门为应对环路的协议出现了，其中最为受到广泛使用的有两种，分别是STP和RRPP。网络环路最常见的危害就是导致广播风暴，广播报文无限循环传播，使网络状况变得拥堵，如果超过一定程度则可能造成严重的丢包问题。其次，无限循环的广播报文的增多，将给服务器带来重大的负担，导致中心交换机瘫痪。而STP、RRPP就有效的解决了这些问题。本课题的目的就是让大家更加了解这些协议的工作原理，也为共同维护网络环境提供一份微薄的助益。1.2广播风暴及其危害作为发现未知设备的主要手段，广播在网络中起着非常重要的作用。一个数据帧或包被传输到本地网段(由广播域定义)上的每个节点就是广播。在广播帧中，帧头中的目的MAC地址是“FF.FF.FF.FF.FF.FF”,代表网络上所有主机网卡的MAC地址。随着网络中计算机数量的增多,广播包的数量会急剧增加，网络长时间被大量的广播数据包所占用，当广播数据包的数量达到30%时,网络的传输速率将会明显下降,使正常的点对点通信无常进行,导致网络性能下降,甚至网络瘫痪，这就是广播风暴。广播风暴的危害:广播风暴现象是最常见的数据洪泛(flood）之一，是一种典型的雪球效应。当广播风暴产生时，以太介质几乎充满广播数据包，网络设备接口上统计的报文速率达到106数量级，设备处理器高负荷运转。不仅网络设备会受到影响，而且所有的主机都要接收链路层的广播数据包，因而受到危害。每秒数万级的数据包通常都会使网卡工作异常繁忙，操作系统反映迟缓，网络通讯严重受阻，严重地危害了网络的正常运行。中、小型办公网络、网吧、校园网络大量采用了集线器（Hub）和智能型的Hub。用集线器组成的网络称为共享式网络，由于使用载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD)机制，随着网络主机数目不断增加，不足之处就表现得很突出了，当广播报文较多的情况下，广播风暴会造成网络崩溃。2.网卡或网络设备损坏，如果网络主机的网卡或网络设备的端口损坏，也同样会产生广播风暴。当*块网卡或网络设备的*个端口损坏后，可能向网络发送大量广播帧和非法帧，产生了大量无用的数据包，占用大量带宽，使网络运行速度明显变慢，严重时产生广播风暴。3.网络环路在网络管理过程中，如果对网络拓扑结构不清楚，在安装配置设备过程中的疏漏，可能会出现一条物理网络线路的两端，同时接在了一台网络设备中，或虽是经过了不同的设备但是还是形成了环路。广播数据包在网络中反复大量传送，这样就会导致广播风暴，造成网络阻塞甚至瘫痪。4.网络病毒。目前，网络中病毒较为猖獗，许多病毒和木马程序比如Funlove、震荡波、RPC等病毒也可以引起广播风暴。网络中一旦有一台机器中毒，会立即通过网络进行传播。网络病毒的传播，就会损耗大量的网络带宽，引起网络堵塞，产生广播风暴。5.黑客软件的使用。一些上网者,经常利用网络执法官、网络剪刀手等黑客软件,对网络进行攻击,由于这些软件的使用,网络也可能会引起广播风暴。1.2eNSP设计平台简介eNSP(EnterpriseNetworkSimulationPlatform)是一款由华为提供的免费的、可扩展的、图形化网络仿真工具平台，主要对企业网路由器、交换机进行软件仿真，完美呈现真实设备实景，支持大型网络模拟，让你有机会在没有真实设备的情况下也能够实验测试，学习网络技术。功能特色主要有三点：1.分布式部署。eNSP不仅支持单机部署，同时还支持Server端分布式部署在多台服务器上。分布式部署环境下能够支持更多设备组成复杂的大型网络。2.高仿真度。控制台和仿真环境分离，仿真环境中运行产品仿真大包，模拟真实设备程度高。3.可与真实设备对接。通过虚拟设备接口与真实网卡的绑定，实现虚拟设备与真实设备的对接。华为作为目前中国最大的设备供应商，他们的设备模拟器同样也做得非常的出色，能完成各种实验中的要求和模拟的配置，仿真结果基本与事实相符。为广大网络从业者提供了一个好的练习和模拟的平台。本次设计的模拟部分，我就使用的eNSP模拟器来进行仿真，并达到了预期的目的。2相关理论技术知识2.1STP研究概况及现状2.1.1STP产生背景从概念提出至今，STP经历了一个快速的发展过程：第一代STP出现在2000年前，主要是采用ML-PPP来进行数据封装，提供的物理接口主要是FE和POS；第二代STP出现于2001年和2002年之间，标准趋于统一，出现了PPP/LAPS/GFP等多种以太网帧/ATM信元overSDH映射方式以及连续级联和虚级联方式，增加了二层交换的功能，支持了丰富的接口，包含POS、FE、GE、ATM155/622M接口等；第三代STP称为DynamicSTP阶段，出现在2002~2003年，主要是在骨干环路上融入RPR技术以支持数据业务，用户接口方面基本没有太大的变化[1]；第四代STP称为IntelligentSTP阶段，将在2004年后出现，那时可以达到真正的ASON，实现VC-4/3/12-NC/V电路的自动路由配置、网络拓扑发现、自动邻居发现、电路租赁、带宽分配等智能化的城域传输业务。透明网桥拓展了局域网的连接能力，使只能在小围LAN（同一冲突域）上操作的站点能够在更大围LAN（多个冲突域）环境中工作；同时，它还能自主学习站点的地址信息，从而有效控制网络中的数据帧数量。但是，透明网桥在转发数据帧时，尽管它能够按照MAC地址表进行正确的转发，但它不会对以太网数据帧做任何修改，也没有记录任何关于该数据帧的转发记录。所以由于*种原因（如网络环路），交换机再次接收到该数据帧时，它仍然毫无记录地将数据帧按照MAC地址表转发到指定端口。这样，帧可能在环路中不断循环和增生，造成网络带宽被大量重复帧占据，导致网络拥塞。特别是在遇到广播帧时，更容易在存在环路的网络中形成广播风暴。对于这一系列的问题，IEEE提供了一个很好的解决办法，那就是802.1D协议标准中规定的STP，它能够通过阻断网络中存在的冗余链路来消除网络可能存在的路径环路，并且在当前活动（Active）路径发生故障时激活被阻断的冗余备份链路来恢复网络的连通性，保障业务的不间断服务。STP采用的协议报文是BPDU（BridgeProtocolDataUnit，桥协议数据单元），BPDU包含了足够的信息来完成生成树的计算。2.1.2STP实现原理BPDU分为如下两类：(1)配置BPDU：用来进行生成树计算和维护生成树拓扑的报文。(2)TBPDU：当拓扑结构发成变化时，用来通知相关设备网络拓扑结构发生变化的报文。STP协议的配置BPDU报文携带了如下几个重要信息。根桥ID（RootID）：由根桥（RootBridge）的优先级和MAC地址组成。通过比较BPDU中的根桥ID，STP最终决定谁是根桥。根路径开销（RootPathCost）：到达根桥的最小路径开销。如果是根桥，其根路径开销为0；如果是非根桥，则为到达根桥的最短路径上所有路径开销的和。制定桥ID（DesignatedBridgeID）：生成或转发BPDU的桥ID，由桥优先级和桥MAC组成。指定端口ID（DesignatePortID）：发送BPDU的端口ID，由端口优先级和端口索引号组成。在STP网络中，各台设备的各个端口在初始时会生成以自己为根桥的配置消息，根路径开销为0，指定桥ID为自身设备ID，指定端口为本端口。各台设备都向外发送自己的配置消息，同时也会收到其他设备发送的配置消息。通过比较这些配置消息，交换机进行生成树计算，选举根桥，决定端口角色。最终，生成树计算结果如下：对于整个STP网络，唯一的一个根桥被选举出来。对于所有的非根桥，选举出根端口和指定端口，负责流量转发。网络收敛后，根桥会按照一定的时间间隔产生并向外发送配置BPDU，BPDU报文携带有RootID、RootPathCost、DesignatedBridgeID、DesignatedPortID等信息，然后传播到整个网络，如图2.1所示。其他网桥收到BPDU报文后，根据报文中携带的信息而进行计算，确定端口角色，然后向下游网桥发出更新后的BPDU报文。图2.1BPDU交互下面我们就来具体讲一下STP网络中的设备以及端口的角色的选举的条件。在STP网络中首先要选举出根网桥，根网桥就是一个网络中的主要设备，BPDU的交互即以它为中心。根网桥的选举的主要依据是网桥ID，网桥ID由两部分组成，分别是网桥优先级和网桥MAC地址，网桥优先级的默认值为32768，该值可自行设定，通常是越小越优先，如果优先级相同则进一步比较MAC地址，同样是越小越优先。通过网桥ID的比较，我们就可以选举出根网桥了[2]。选举完根网桥之后，紧接着就轮到给各个端口分配角色了。根网桥上所有端口角色都是指定端口（DesignatePort）。非根交换机通过比较端口开销来选举出根端口（RootPort），端口开销小的端口为根端口。最后在所有的非根端口中比较开销，开销小的为指定端口。剩下来的非RP、DP端口，则会自动在逻辑上断开，从而解除环路（一般我们称此端口为Alternate端口，本文中简称为AP）。下面我们以一个实际的例子来说明一下该过程：以图2.2为例，在三台交换机中，SWA的网桥ID最小，则SWA选举为根网桥(网桥ID如图所示)。SWA上的两个端口则都为指定端口（DP），然后在非根网桥上选举出根端口（RP），首先进行SWB上的根端口的选举，在SWB上由端口GE0/0/1到达根网桥的开销总值为Cost=10，由端口GE0/0/2到达根网桥的开销总值为Cost=20+30=50，因此SWB上，GE0/0/1为根端口(RP)。同理可推出，SWC上GE0/0/3为根端口（RP）。最后还剩SWB上的GE0/0/2和SWC上的GE0/0/2端口角色未确定，他们之中将有一个端口成为阻塞端口（AP），这是整个角色选举中最关键的一点[3]。在这里我们将比较从根网桥到达该链路的开销的大小，来确定角色。SWA经由SWB上GE0/0/2到达该链路的开销值Cost=10，而SWA经由SWC上GE0/0/2到达该链路的开销只Cost=20，所以SWB上GE0/0/2端口为DP，而SWC上GE0/0/2端口则为AP。图2.2STP角色的选举经过这些过程，一个环型网络就被修剪成了一棵以SWA为根的树状网络，从而解决了环路的问题。2.2RRPP研究概况及现状2.2.1RRPP产生背景RRPP（RapidRingProtectionProtocol，快速环网保护协议）是华为公司专门针对大型局域网而制定的以太网保护协议，主要功能与STP类似，都是为了解决网络环路的问题。但是，在*些情况下，STP的过于慢的收敛速度很难达到一些低容忍度的网络的快速收敛的要求，所以华为公司专门制定了RRPP以应对网络快速收敛的需求[4]。目前而言，RRPP属于华为的私有协议，所以只有华为和华三的设备能够使用。2.2.2RRPP实现原理要了解RRPP的实现原理，首先要熟悉一些RRPP中常用的概念和术语。RRPP域。具有相同的域ID和控制VLAN且相互连通的设备构成一个RRPP域。一个RRPP域具有RRPP主环、子环、控制VLAN、主节点、传输节点、主端口和副端口、公共端口和边缘端口等要素。RRPP环。一个RRPP环是一个环形连接的以太网网络拓扑。RRPP环分为主环和子环，环的角色可以通过指定RRPP环级别来设定，主环的级别为0，子环级别为1.一个RRPP域可包含一个或多个RRPP环，但只能有一个主环，其他均为子环。RRPP环的状态包括整个环网物理链路连通正常的pelteState（健康状态）和环网中*处物理链路断开的FailedState（断裂状态）。节点。RRPP环上每一台设备都称为一个节点，节点角色由用户的配置来决定。通常节点分为四种，分别是主节点、传输节点、边缘节点、辅助边缘节点。主节点每个环上只允许有一个，是动态检测的发起者，同时又是拓扑改变后执行操作的决策者。主节点通过两种不同的状态来表示网络的健康与否，完整状态（pleteState）和故障状态（FailedState）。传输节点是除了主节点和主环子环相交节点以外的其他节点，负责监测直连RRPP链路的状态，随时把变化通知主节点。传输节点有三种状态：Link-UpState（UP状态）、Link-DownState（DOWN状态）和PrefowardingState（临时阻塞状态）。边缘节点是同时位于主环和子环的特殊的节点。它在主环上是传输节点，在子环上是边缘节点。辅助边缘节点也也是主环上的传输节点，子环上的辅助边缘节点，辅助边缘节点与边缘节点成对出现。RRPP中涉及到的VLAN主要分为两种，分别是控制VLAN和数据VLAN。控制VLAN用来传递RRPP报文，每个RRPP环都有两个控制VLAN，主控制VLAN和子控制VLAN，配置时只需要指定主控制VLAN，子控制VLANID会按照主控制VLANID值加1计算得来。数据VLAN只用来传输数据，不参与传递RRPP报文[5]。RRPP的破环方式中，起最直接作用的就是主端口和副端口了。主节点和传输节点都有两个端口各自接入RRPP环，其中一个为主端口，另一个则为副端口。主节点的主端口的功能是发送探测环路的报文，副端口接收。当RRPP环处于健康状态时，主节点的副端口在逻辑上阻塞数据VLAN，只允许控制VLAN的报文通过；当RRPP环出于断裂状态时，主节点的副端口将解除数据VLAN的阻塞状态，转发数据VLAN的报文。图2.3RRPP运行机制如图2.3所示，RRPP的Polling机制使主节点周期性地从其主端口发送Hello报文，依次经过各传输节点在环上传播。如果环路是健康的主节点的副端口将在定时器超时前收到Hello报文，主节点将保持其副端口的数据VLAN阻塞状态。如果环路是不健康的断裂状态，主节点的副端口在定时器超时之前无法收到Hello报文，主节点就会解除副端口的数据VLAN阻塞状态，同时发送mon-Flush-FDB报文通知所有传输节点更新MAC表项和ARP/ND表项[6]。各数据节点更新表项后，数据流量就会切换到正常的链路上了。3企业网网络设计3.1企业需求及需求分析现代企业的网络应该具有全面的可靠性设计，从而实现网络通信的实时畅通，保障企业进行正常的运营。随着企业各种业务应用逐渐转移到计算机网络上来，网络通信的无中断运行已经成为保证企业正常生产运营的关键。现代大型企业网络在可靠性设计方面主要应从以下3个方面考虑。设备的可靠性设计：要考察网络设备是否实现了关键部件的冗余备份。业务的可靠性设计：网络设备在故障倒换过程中，是否对业务的正常运行有影响。链路的可靠性设计：以太网的链路安全来自于多路径选择，所以在企业网络建设时，要考虑网络设备是否能够提供有效的链路自愈手段，以及快速重路由协议的支持。公司具体格局情况：办公楼1：公司占一层，财务部。办公楼2：两层，一层为市场部，二层为研发部。驻外办事处。该公司需要构建一个综合性企业网，公司主要由销售部，技术部，财务部和企管办组成。四个部门分布在三个办公区，要求每个办公区都有一台独立的汇聚交换机，根据其对可靠性的要求，再在上层加两台出口路由器并配置虚拟网关，两台交换机互为备份，之间的心跳链路采用双链路聚合进行链路备份，最后连接出口路由接通外网。企业部局域网可以采用两种方案，其一为配置STP提高网络的可靠性并降低广播风险，其二为部署RRPP。3.2三层网络结构设计在企业网中，一般都是使用层次化的结构设计。我们将整个网络划分为接入层、汇聚层和核心层三层。在该企业办公楼2中，我们分别在两层不同职能的部门设置两台接入层交换机，以保证接入端口数量和网络的稳定性。办公楼1中，由于只涉及到一个部门且接入用户较少，我们可以将接入层和汇聚层合一化，以节省经费。网络的设计模型主要分为层次化模型和非层次化的两种。非层次化网络由于没有适当的规划,网络最终会发展成为非结构的形式,因此,网络会引起CPU的过度连接。这样,当网络设备之间相互通信时,设备上的CPU必然承受相当重的负载。非层次化的网络存在的另外一个问题是,CPU要承担大量的路由器之间相互通告状态的状态报告,进一步加重CPU的负载。不利于网络的运行和发展。层次化的网络可以为每一层次购买相应的设备,不必为*一特定层次购买额外的特性,这样大大的降低了网络的设计费用。同时,使用层次化的网络设计可以精确的规划每一层的网络流量,从而减少不必要的带宽的浪费。层次化的网络还可以根据不同的模块进行不同的管理。由于网络的设计人员可以很方便的识别出网络的边界,因此也可以帮助隔离可能的故障点。通过比较,层次化的网络设计在网络结构设计中有着不可比拟的优势。设计网络拓扑如图3.1所示。图3.1企业网网络拓扑（一）接入层设计接入层主要提供最终用户接入网络的途径。主要是进行VLAN的划分、与分布层连接等等。接入层交换机以千兆以太链路和汇聚交换机相连接，并为用户终端提供10/100M

自适应的接入，从而形成千兆为骨干，百兆到桌面的以太网三层结构。办公系统所需的各种服务器如FTP服务器、服务器、DHCP

服务器等组成服务器群，连接到汇聚交换机的千兆模块上面,因此，部的局域网采用三层结构组建[11]。（二）汇聚层设计入层的数据流量汇聚，并对数据流量进行访问控制。包括访问控制列表、VLAN路由等等。这样设计部但不但保证网络的高可用性和稳定性，还能避免单台核心设备的负载太重导致网络性能问题。（三）核心层设计核心层作为整个网络系统的核心，其主要功能是高速、可靠的进行数据交换。核心交换区的作用是尽快地提供所有的区域间的数据交换。交换机高性能、高可靠性、高可用性是我们主要考虑的因素。本区的安全性可以由边界防火墙提供，如果有需要，还可以在交换机上面部署安全策略，使得核心交换区的安全性进一步地增强[12]。3.3主要设备选型接入层设备推荐使用华为公司的QuidwayS3700设备。QuidwayS3700系列企业网交换机（以下简称S3700），是华为公司推出的新一代绿色节能的三层以太网交换机。它基于新一代高性能硬件和华为VRP®（VersatileRoutingPlatform）软件平台，针对企业用户园区汇聚、接入等多种应用场景，提供简单便利的安装维护手段、灵活的VLAN部署和POE供电能力、丰富的路由功能和IPv6平滑升级能力，并通过融合堆叠、虚拟路由器冗余、快速环网保护等先进技术有效增强网络健壮性，能够助力企业搭建面向未来的IT网络。汇聚层建议使用华为公司的QuidwayS5700设备。QuidwayS5700系列全千兆企业网交换机（以下简称S5700），是华为公司为满足大带宽接入和以太网多业务汇聚而推出的新一代绿色节能的全千兆高性能以太网交换机。它基于新一代高性能硬件和华为公司统一的VRP®（VersatileRoutingPlatform）平台，具备大容量、高密度千兆端口，可提供万兆上行，充分满足客户对高密度千兆和万兆上行设备的需求，同时针对企业网用户的园区网接入、汇聚、IDC千兆接入以及千兆到桌面等多种应用场景，融合了可靠、安全、绿色环保等先进技术，采用简单便利的安装维护手段，帮助客户减轻网络规划、建设和维护的压力，助力企业搭建面向未来的IT网络[13]。核心层建议使用华为QuidwayS8016。千兆核心多层以太网交换机产品QuidwayS8016是华为公司推出的大容量（256G）、模块化、机架式基于硬件2/3/4层路由交换机[14]。S8016采用双主控（MPU单元）、双交换网（SFC单元）、双高速管理总线完全冗余设计等，同时通过和ISN8850智能业务交换机相配合，具备灵活多样的用户管理和鉴权认证机制、具有网络级和用户级的安全管理机制、强大的业务选择和业务管理功能。是一般中小型企业网核心设备的普遍选择。4网络命令配置说明4.1企业网基础配置interfaceGigabitEthernet0/0/1（进入该端口视图）portlink-typeaccess（链路类型设置为access）portdefaultvlan10（设置为允许vlan10通过）然后配置SW1、SW2，与下层交换机及SW1、SW2互联的端口的配置举例：interfaceGigabitEthernet0/0/3（进入该端口视图）portlink-typetrunk （链路类型设置为trunk）porttrunkallow-passvlan1020（设置为透传vlan10、vlan20）SW1与SW2之间的双链路聚合配置示例：interfaceVlanif100（进入vlanif100端口）ipaddress52（配置IP地址）Eth-Trunk1（把该端口加入到聚合链路1）SW1、SW2上VRRP虚拟网管与冗余配置示例：将SW1设为vlan10（实例1）的主设备。interfaceVlanif10（进入vlanif10端口）ipaddress53（配置IP地址）vrrpvrid1virtual-ip54（配置虚拟网关）vrrpvrid1priority105（配置SW1实例1的优先级）将SW1设为vlan20（实例2）的备用设备。interfaceVlanif20将SW2设为vlan10（实例1）的备用设备。interfaceVlanif10（进入vlanif10端口）ipaddress52（配置IP地址）vrrpvrid1virtual-ip54 （配置虚拟网关）将SW2设为vlan20（实例2）的主设备。interfaceVlanif20 （进入vlanif20端口）ipaddress52 （配置IP地址）vrrpvrid2virtual-ip54 （配置虚拟网关）vrrpvrid2priority105 （配置SW2实例2的高优先级）除此之外的企业网的基础配置不一一详细说明，详细配置清单见附录。4.2STP协议配置配置SW1的MST域。<SW1>system-view[SW1]stpregion-configuration[SW1-mst-region]region-nameRG1[SW1-mst-region]instance1vlan1to10激活域配置。[SW1-mst-region]activeregion-configuration[SW1-mst-region]quit配置SwitchB在实例0中的优先级为4096，保证SwitchB作为CIST的域根。[SW1]stpinstance0priority4096配置端口路径的开销计算方法为华为私有计算方法。[SW1]stppathcost-standardlegacy创建VLAN2到20。[SW1]vlanbatch2to20将GE0/0/1加入VLAN。[SW1]interfaceGigabitEthernet0/0/1[SW1-GigabitEthernet0/0/1]portlink-typetrunk[SW1-GigabitEthernet0/0/1]porttrunkallow-passvlan1to20[SW1-GigabitEthernet0/0/1]bpduenable[SW1-GigabitEthernet0/0/1]quit将GE0/0/2加入VLAN。[SW1]interfaceGigabitEthernet0/0/2[SW1-GigabitEthernet0/0/2]portlink-typetrunk[SW1-GigabitEthernet0/0/2]porttrunkallow-passvlan1to20[SW1-GigabitEthernet0/0/2]bpduenable[SW1-GigabitEthernet0/0/2]quit启动MSTP。[SW1]stpenable其余交换机与此处配置类似。4.3RRPP协议配置配置实例，映射允许通过的VLAN和保护VLAN举例。[SW4]stpregion-configuration[SW4-mst-region]instance1vlan1to11[SW4-mst-region]activeregion-configuration[SW4-mst-region]quit配置SW4的域，主控制VLAN以及保护VLAN实例举例。[SW4]rrppenable[SW4]rrppdomain1[SW4-rrpp-domain-region1]control-vlan10[SW4-rrpp-domain-region1]protected-vlanreference-instance1[SW4-rrpp-domain-region1]quit去使能即将加入RRPP环中的接口的STP功能，并配置RRPP端口为Trunk口，并设置允许通过的VLAN举例。[SW4]interfacegigabitethernet0/0/1[SW4-GigabitEthernet0/0/1]portlink-typetrunk[SW4-GigabitEthernet0/0/1]porttrunkallow-passvlan2to9[SW4-GigabitEthernet0/0/1]stpdisable[SW4-GigabitEthernet0/0/1]quit[SW4]interfacegigabitethernet0/0/2[SW4-GigabitEthernet0/0/2]portlink-typetrunk[SW4-GigabitEthernet0/0/2]porttrunkallow-passvlan2to9[SW4-GigabitEthernet0/0/2]stpdisable配置RRPP主环主节点主副端口举例。[SW4]rrppdomain1[SW4-rrpp-domain-region1]ring1node-modemasterprimary-portgigabitethernet0/0/1secondary-portgigabitethernet0/0/2level0[SW4-rrpp-domain-region1]ring1enable去使能即将加入RRPP环中的接口的STP功能，并将RRPP端口配置为Trunk类型，并设置允许通过的VLAN举例。[SW3]interfacegigabitethernet0/0/1[SW3-GigabitEthernet0/0/1]portlink-typetrunk[SW3-GigabitEthernet0/0/1]porttrunkallow-passvlan2to9[SW3-GigabitEthernet0/0/1]stpdisable[SW3-GigabitEthernet0/0/1]quit[SW3]interfacegigabitethernet0/0/2[SW3-GigabitEthernet0/0/2]portlink-typetrunk[SW3-GigabitEthernet0/0/2]porttrunkallow-passvlan2to9[SW3-GigabitEthernet0/0/2]stpdisable[SW3-GigabitEthernet0/0/2]quit[SW3]interfacegigabitethernet0/0/3[SW3-GigabitEthernet0/0/3]portlink-typetrunk[SW3-GigabitEthernet0/0/3]porttrunkallow-passvlan2to9[SW3-GigabitEthernet0/0/3]stpdisable[SW3-GigabitEthernet0/0/3]quit配置RRPP子环边缘传输节点的公共端口和边缘端口举例。[SW3]rrppdomain1[SW3-rrpp-domain-region1]ring2node-modeedgemon-portgigabitethernet0/0/2edge-portgigabitethernet0/0/3[SW3-rrpp-domain-region1]ring2enable[SW3-rrpp-domain-region1]quit5实验运行及分析5.1验证思路的说明在进行实验对比之前，我想说明一下我的模拟实验对比的原理。大家应该都知道，检验一个网络的连通性最简单的办法就是使用ping命令，当网络畅通无阻时，ping网络中任何一个目标数据流量应该都是能到达的，并且会显示From**.**.**.**:bytes=32seq=**ttl=**time=**ms，如果失败则会先是RequestTimeout（请求超时）字样[15]。我的验证思路是这样的：将整个网络配置完成后，我将使用*一台PC对另外意外PC进行ping-t（持续请求）不断地发起请求。此时，会话框里应该显示的是连续的From**.**.**.**:bytes=32seq=**ttl=**time=**ms。在这时我就会断开*一个指定端口，这时整个网络就会重新收敛，会话框就会一直显示RequestTimeout（请求超时）字样，当网络重新收敛完毕，又会重新显示From**.**.**.**:bytes=32seq=**ttl=**time=**ms，通过比较前后两次显示字段的seq字段的数据，计算两次的时间差即可得出请求超时的总时间即网络的收敛时间，通过这样的设计就可以直观地从数字体现出该协议的收敛时间了。5.2运行及分析理论分析STP、RRPP差异与优劣（一）报文层面的对比STP和RRPP都是非常优秀的解决二层网络环路的技术，两者之间有着相似性同时又有着差异性。STP主要是通过BPDU的交互来确定各网桥以及各网桥上端口的优先级，阻塞优先级低的端口从而破除环路。环路破除后也是由BPDU的交互来监测网络，当有正常的端口DOWN掉时，整个网络就要重新进行一次选举[7]。由于在STP网络中，端口有五个状态，分别是Disabled（不可用状态）、Blocking（锁定状态）、Listening（侦听状态）、learning（学习状态）、Forwarding（转发状态）。当网络环境发生变化，一个端口不再是根端口或者指定端口的时候，它的状态就会立即迁移到Blocking状态。当一个端口被选为根端口或指定端口，就会从Blocking状态Blocking迁移到中间状态Listening状态，再由BlockingListening迁移到Leraning状态，最后迁移到转发状态Forwarding。如图2.4ForwardingDelay（15s）ListeningForwardingDelay（15s）Listening至Learning，和由Learning迁移到Forwarding时都会经历一个Forwarding LearningDelay的延时。ForwardingDelay延时LearningForwardingDelay（15s）ForwardingDelay（15s）为根端口或指定端口后，之后要经过两个ForwardingDelay的时间即30sForwarding才可以进入数据转发状态。除此之外，ForwardingBPDU报文的最大存活时间为20s，即在20s没有收到对方传递的BPDU才会图2.4STP端口状态迁移认为对方已失效。此外，BPDU发送间隔为两秒，。也就是说，在STP中拓扑发生变化的最快收敛时间为50-52s[8]。RRPP则是通过设置，另一台设备为主节点，主节点上加入RRPP环的两个端口则分别设置为主副端口，直接从副端口处破除环路，然后通过Hello健康检测报文的轮询来维系状态[9]。当网络状态发生改变，例如*一链路DOWN时，环路中的主节点将无法收到自己发出的Hello报文，这时主节点就会自动将其副端口的数据VLAN的阻塞状态解除，将环路的破除点转移到DOWN掉的链路，并发送mon-Flush-FDB报文通知所有传输节点，使其更新各自的MAC表和ARP/ND表项。这样就完成了网络的修复工作。（二）网络节点数对收敛时间的影响RRPP报文的转发在传输节点上是硬件转发并拷贝上CPU，这种比较依赖硬件的方法虽然增大了硬件负荷，使得网络的硬件需求变得更加严苛，但是却能够大大缩减网络的收敛时间。而且RRPP整个收敛过程耗费的时间仅仅是Hello报文轮询网络一次和数据VLAN的状态改变所需的时间和，这些时间加起来通常不超过50ms。RRPP收敛时间的短的另一方面体现在网络中的节点数的多少几乎对其没有影响。由于RRPP的报文物理转发方式，网络中节点数增加k个，仅仅会使其轮询一次的时间增加（*取决于设备物理属性的优劣），一般节点数的增加对RRPP收敛时间的影响都是亚毫秒级的，因此RRPP可以近似看作不受网络规模的影响[10]。而STP的报文转发是逐跳送CPU处理的，报文延时本来就很长。再加上节点数的增加，延时将加倍增长，这种程度的延时无论是运营商还是用户都是承担不起的。通过以上分析不难看出，STP和RRPP最大的不同就在收敛时间方面。RRPP的毫秒级收敛比STP的十秒级收敛显然更快更优秀。理论分析的验证前文中我们根据理论分析了STP和RRPP的区别，发现STP和RRPP最大的区别就在于收敛时间这一点上，在前面的研究中我们发现，STP的收敛时间最低是50-52秒，但是根据具体网络情况和硬件设备的不同可能还会花费更久的时间；而RRPP的收敛时间理论上来说是毫秒级的。下面，我们就通过实际实验的模拟和分析来验证一下我们的理论是否正确。在具体配置过程中，我们分别创建两个拓扑图，两个拓扑图的基本配置以及企业网部配置一样，仅在局域网部一个拓扑部署STP协议，另一个部署RRPP协议，以方便对比数据。为了使实验结果更加客观，两个拓扑图所用设备也都是相同的。模拟企业网实验实际拓扑图如图5.1所示。图5.1模拟企业网拓扑图为了更加让对比思路更清晰，对比效果更加明显，模拟实验的企业网我采用的是图5.1所示的拓扑图布局，省去了对比中的不必要的环节，让整个对比过程一目了然。搭建好拓扑图后并连接好线路之后，就可以进行配置了。按照我预先做好的配置脚本一切都进行的很顺利。STP企业网配置完成后，我通过华为Display命令查看了一下配置结果。在SW1的系统视图中输入displaystpbrief命令，就会出现如图5.2的视图。图5.2SW1端口状态图通过观察可以发现，在实例1中，Eth-Trunk1和GigabitEthernet0/0/3两个端口角色都是DEST（指定端口），这就说明SW1是实例1的根网桥。在SW2的系统视图中输入displaystpbrief命令，就会出现如图5.3的视图。图5.3SW2端口状态图通过上图显示，可以看出在实例1中，SW2的Eth-Trunk1的端口状态是ROOT（根端口）GigabitEthernet0/0/6的端口状态是DEST（指定端口）。在SW3的系统视图中输入displaystpbrief命令，就会出现如图5.4的视图。图5.4SW3端口状态图通过观察上图，可以看出SW3上GigabitEthernet0/0/6端口状态为ROOT（根端口），GigabitEthernet0/0/3的端口状态为ALTE（阻塞端口）。通过上面这三端口状态图，我们可以看出。SW1、SW2、SW3组成的环路已经在SW3上的GigabitEthernet0/0/3端口处断开。图5.5SW4端口状态图SW4上GigabitEthernet0/0/4端口状态为ROOT（根端口），GigabitEthernet0/0/5的端口状态为ALTE（阻塞端口）。可以看出SW1、SW2、SW4所形成的环路在SW4上的GigabitEthernet0/0/5端口处断开了。图5.6SW3端口状态改变图按照前文所提到的验证方法，我先使用PC（秘书）ping-t在ping命令一直执行的时候将SW3上的根端口GigabitEthernet0/0/6用shutdown命令禁用掉。此时再通过displaystpbrief命令查看SW3端口状态如图5.6，可以看到本来状态为阻塞的GigabitEthernet0/0/3自动改变至根端口状态了。我们再去查看ping命令的应答情况。图5.7出现“请求超时”的时刻图5.8恢复应答的时刻通过图5.7我们可以看出在第29秒的时候开始出现“请求超时”，通过图5.8可以看出在第180秒的时候才恢复应答。在这次模拟中整个收敛过程持续了151秒之久，远大于理论上的最短时间52秒。接下来，我们将模拟RRPP企业网，通过同样的方法测出RRPP的收敛时间。配置完成后，我们首先在SW1上输入displayrrppverbosedomain1命令来查看各端口状态，如图5.9所示，可以看到SW1的RRPP协议状态使能了，主控制VLAN为21，子控制VLAN为22，SW1为主环1中的传输节点。主端口为Eth-Trunk1，副端口为GigabitEthernet0/0/5。同时，SW1为子环2中的边缘节点，公共端口为Eth-Trunk1，边缘端口为GigabitEthernet0/0/3。图5.9SW1端口状态在SW2上输入displayrrppverbosedomain1命令后，查看会话框如图5.10。可以看到SW2的RRPP协议状态使能了，主控制VLAN为21，子控制VLAN为22，SW2为主环1中的传输节点，主端口为Eth-Trunk1，副端口为GigabitEthernet0/0/4；同时，SW2为子环2中的辅助边缘节点，公共端口为Eth-Trunk1，边缘端口为GigabitEthernet0/0/6。图5.10SW2端口状态在SW3上输入displayrrppverbosedomain1命令后，查看会话框如图5.11。可以看到SW3的RRPP协议状态使能了，主控制VLAN为21，子控制VLAN为22，SW3子环主节点，主端口为GigabitEthernet0/0/6，副端口为GigabitEthernet0/0/3。并且还可以看到子环为完整状态，子环主节点的副端口GigabitEthernet0/0/3被阻塞。图5.11SW3端口状态在SW4上输入displayrrppverbosedomain1命令后，查看会话框如图5.12。可以看到SW4的RRPP协议状态使能了，主控制VLAN为21，子控制VLAN为22，SW4子环主节点，主端口为GigabitEthernet0/0/5，副端口为GigabitEthernet0/0/4。并且还可以看到子环为完整状态，子环主节点的副端口GigabitEthernet0/0/4被阻塞。图5.12SW4端口状态下面我们依然采用ping-t命令验证法来测试RRPP的收敛时间。使用PC（秘书）ping-t在ping命令一直执行的时候将SW3上的端口GigabitEthernet0/0/6用shutdown命令禁用掉。此时我们再去查看ping命令的应答情况。图5.13RRPP收敛时间应答状态通过图5.13我们可以发现，在整个收敛过程中ping命令的应答一直没有间断，这是因为RRPP的收敛时间是50ms左右，而ping命令请求间隔是1s，RRPP的收敛时间太短并不足以对ping命令的应答造成影响。6总结在本次设计中，我遇到了不少的困难。虽然对STP协议有过较为深入的了解，但是RRPP对于我而言是完全陌生的，为了圆满的完成毕设的任务，我首先花了一个星期自学了RRPP协议的基本容，然后通过思考研究找出了这两种协议之间的最大的区别，即收敛时间的长短问题。对应该掌握的理论知识掌握清楚后，我对于本次设计的方案也有了大致的轮廓。即首先在理论上分析两者的差异性，然后在实际的案例中应用这两种技术，通过数据直观的展示出他们的不同。最后比较其优劣。这次设计中，我通过理论与实践相结合的方式，对STP协议和RRPP协议进行了比较，得出了我的最终结果。STP协议的优势在于它配置过程简单，对硬件要求较低，重要的一点是任何厂家设备都可以兼容，但是其收敛速度无法满足电信级的业务需求。RRPP协议在收敛速度方面遥遥领先于STP协议，完全能够应对当前所有主流业务的需求，但是其硬件要求必须是华为的中高端设备才能够支持该协议，并且其配置过程相当繁琐。综上所述，STP协议和RRPP协议可以说是各有千秋，亦是各有不足，这两种协议都有待完善和加强。在未来必定是要出现集两者优点于一体的全新的二层网络保护协议以满足越来越高的业务需求。参考文献[1]平.STP协议在网络实验室中的应用[J].科技信息.2014(04)[2]王晓红.校园网中防止网络二层环路的技术研究[J].理工大学学报.2012(05)[3]王辉,唐俊勇.基于MSTP协议动态网络的负载均衡算法设计[J].工业仪表与自动化装置.2011(03)[4]王辉,会敏,唐俊勇.一种基于MSTP的负载均衡算法设计[J].电子设计工程.2011(09)[5]杰,武贵路,周涛,黄术东,凃朴.支持流量检测的EPA网桥STP协议研究与实现[J].制造业自动化.2011(07)[6]申红岩,俊灼.园区网中防止二层环路技术研究与对比[J].科技传播.2011(02)[7]唐俊勇,喻钧.基于MST协议的负载均衡算法[J].新技术新工艺.2010(06)[8]王丽娜,程玲,周俊萍.基于VLAN的生成树协议仿真[J].计算机与数字工程.2010(06)[9]姬志锋,辉.浅谈RRPP在企业组网中的应用[J].中小企业管理与科技(下旬刊).2012(11)[10]袁刚.以太环网技术在城域网中的应用[J].信息网络.2006(02)[11]梁泉,宏正,梁开健,扬.网格环境下的服务质量(QoS)研究[J].计算机科学.2006(07)[12]韦乐平.SDH自愈环结构的分析和比较[J].电信科学.1996(06)[13]海涛.交换机安全性研究[J].科学技术与工程.2007(06)[14]Almeida.Anadaptivereal-timegroupmunicationprotocol.[M].FactorymunicationSystems,1995.WFCS'95,Proceedings.,1995IEEEInternationalWorkshopon,1995[15]Karamanolis.Areplicationprotocoltosupportdynamicallyconfigurablegroupsofservers.[M].ConfigurableDistributedSystems,1996.Proceedings.,ThirdInternationalConferenceon,1996致通过这次设计，我对自己所学到的知识在实际中进行了应用，使得我对于理论知识掌握得更加透彻，同时又锻炼了自己的动手和自主解决问题的能力，是我在大学生活中的一次非常难得的经历。在这里，我首先想感学校能够提供这么一个环节给我们锻炼自己，并且还有学校的专业的资料库和设备供我们参考和使用。感我的指导老师吴佳英老师在整个设计期间对我的关心和帮助。感跟我一起讨论课题的同学和朋友们，在我困惑的时候帮我指明了方向。没有大家的关心和帮助，我相信我这次设计将不会进行得这么成功和顺利。在这里我再一次感所有对我有过帮助和关心的人们，你们！附录A配置列表（一）STP企业网部分*sysnameSW1*routerid*vlanbatch102030406088100*stpinstance1priority4096stppathcost-standardlegacy*lacppriority100*clusterenablentdpenablendpenable*dropillegal-macalarm*diffservdomaindefault*stpregion-configurationregion-namelvrevision-level1instance1vlan10instance2vlan20activeregion-configuration*drop-profiledefault*aaaauthentication-schemedefaultauthorization-schemedefaultaccounting-schemedefaultdomaindefaultdomaindefault_adminlocal-useradminpasswordsimpleadminlocal-useradminservice-typehttp*interfaceVlanif1*interfaceVlanif10ipaddress53vrrpvrid1priority105*interfaceVlanif20ipaddress53*interfaceVlanif30ipaddress52*interfaceVlanif40*interfaceVlanif60*interfaceVlanif88*interfaceVlanif100ipaddress52*interfaceMEth0/0/1*interfaceEth-Trunk1portlink-typetrunkporttrunkallow-passvlan1020100modelacp-static*interfaceGigabitEthernet0/0/1portlink-typeaccessportdefaultvlan30stpdisable*interfaceGigabitEthernet0/0/2*interfaceGigabitEthernet0/0/3portlink-typetrunkporttrunkallow-passvlan1020*interfaceGigabitEthernet0/0/4*interfaceGigabitEthernet0/0/5portlink-typetrunkporttrunkallow-passvlan1020*interfaceGigabitEthernet0/0/6*interfaceGigabitEthernet0/0/7*interfaceGigabitEthernet0/0/8*interfaceGigabitEthernet0/0/9*interfaceGigabitEthernet0/0/10eth-trunk1*interfaceGigabitEthernet0/0/11eth-trunk1interfaceNULL0*interfaceLoopBack0ipaddress55*ospf1areanetwork*user-interfacecon0idle-timeout00user-interfacevty04*return*sysnameSW2*routerid*vlanbatch1020304080100*stpinstance2priority4096*clusterenablentdpenablendpenable*dropillegal-macalarm*diffservdomaindefault*stpregion-configurationregion-namelvrevision-level1instance1vlan10instance2vlan20activeregion-configuration*drop-profiledefault*aaaauthentication-schemedefaultauthorization-schemedefaultaccounting-schemedefaultdomaindefaultdomaindefault_adminlocal-useradminpasswordsimpleadminlocal-useradminservice-typehttp*interfaceVlanif1*interfaceVlanif10ipaddress52*interfaceVlanif20ipaddress52vrrpvrid2priority105*interfaceVlanif30*interfaceVlanif40ipaddress52*interfaceVlanif80*interfaceVlanif100ipaddress52*interfaceMEth0/0/1*interfaceEth-Trunk1portlink-typetrunkporttrunkallow-passvlan1020100modelacp-static*interfaceGigabitEthernet0/0/1*interfaceGigabitEthernet0/0/2portlink-typeaccessportdefaultvlan40stpdisable*interfaceGigabitEthernet0/0/3*interfaceGigabitEthernet0/0/4portlink-typetrunkporttrunkallow-passvlan1020*interfaceGigabitEthernet0/0/5*interfaceGigabitEthernet0/0/6portlink-typetrunkporttrunkallow-passvlan1020*interfaceGigabitEthernet0/0/7*interfaceGigabitEthernet0/0/8*interfaceGigabitEthernet0/0/9*interfaceGigabitEthernet0/0/10eth-trunk1*interfaceGigabitEthernet0/0/11eth-trunk1*interfaceNULL0*interfaceLoopBack0ipaddress55*ospf1areanetwork*user-interfacecon0idle-timeout00user-interfacevty04*return*sysnameSW3*vlanbatch1020*clusterenablentdpenablendpenable*dropillegal-macalarm*diffservdomaindefault*drop-profiledefault*aaaauthentication-schemedefaultauthorization-schemedefaultaccounting-schemedefaultdomaindefaultdomaindefault_adminlocal-useradminpasswordsimpleadminlocal-useradminservice-typehttp*interfaceVlanif1*interfaceMEth0/0/1*interfaceGigabitEthernet0/0/1portlink-typeaccessportdefaultvlan10*interfaceGigabitEthernet0/0/2portlink-typeaccessportdefaultvlan20*interfaceGigabitEthernet0/0/3portlink-typetrunkporttrunkallow-passvlan1020*interfaceGigabitEthernet0/0/4*interfaceGigabitEthernet0/0/5*interfaceGigabitEthernet0/0/6portlink-typetrunkporttrunkallow-passvlan1020*interfaceNULL0*user-interfacecon0idle-timeout00user-interfacevty04*return*sysnameSW4*vlanbatch1020*clusterenablentdpenablendpenable*dropillegal-macalarm*diffservdomaindefault*drop-profiledefault*aaaauthentication-schemedefaultauthorization-schemedefaultaccounting-schemedefaultdomaindefaultdomaindefault_adminlocal-useradminpasswordsimpleadminlocal-useradminservice-typehttp*interfaceVlanif1*interfaceMEth0/0/1*interfaceGigabitEthernet0/0/1portlink-typeaccessportdefaultvlan20*interfaceGigabitEthernet0/0/2portlink-typeaccessportdefaultvlan10*interfaceGigabitEthernet0/0/3*interfaceGigabitEthernet0/0/4portlink-typetrunkporttrunkallow-passvlan1020*interfaceGigabitEthernet0/0/5portlink-typetrunkporttrunkallow-passvlan1020*interfaceNULL0*user-interfacecon0idle-timeout00user-interfacevty04*returnRRPP企业网部分*sysnameSW1*routerid*vlanbatch1020to2230406088100*stpinstance1priority4096stppathcost-standardlegacy*rrppenable*lacppriority100*clusterenablentdpenablendpenable*dropillegal-macalarm*diffservdomaindefault*stpregion-configurationregion-namelzq1revision-level1instance1vlan1020to22304088100activeregion-configuration*rrppdomain1control-vlan21protected-vlanreference-instance1ring1node-modetransitprimary-portEth-Trunk1secondary-portGigabitEthernet0/0/5level0ring1enablering2node-modeedgemon-portEth-Trunk1edge-portGigabitEthernet0/0/3ring2enable*drop-profiledefault*aaaauthentication-schemedefaultauthorization-schemedefaultaccounting-schemedefaultdomaindefaultdomaindefault_adminlocal-useradminpasswordsimpleadminlocal-useradminservice-typehttp*interfaceVlanif1*interfaceVlanif10ipaddress53vrrpvrid1priority105*interfaceVlanif20ipaddress53*interfaceVlanif30ipaddress52*interfaceVlanif40*interfaceVlanif60*i