第五章 生成树协议STP技术

第五章生成树协议STP技术《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材主编：孙秀英环路的危害环路产生原因环路的危害理解环路的危害了解STP的端口状态学习目标广播风暴数据帧的重复复制地址漂移环路问题解决方法理解STP运行过程环路的危害环路产生原因trunktrunk单星型拓扑双星型拓扑解决方法容易出现单点故障，可靠性较差。可靠性较高《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材环路的危害环路产生原因hostXRouterY冗余的设计又会带来环路存在单点故障《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材环路的危害环路的危害广播风暴帧的重复复制MAC地址表漂移《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材环路的危害广播风暴hostXRouterYBroadcastSwitchASwitchBHostX发送一个广播帧《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材环路的危害广播风暴hostXRouterYBroadcastSwitchASwitchBHostX发送一个广播帧《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材环路的危害广播风暴hostXRouterYBroadcastSwitchASwitchB《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材环路的危害数据帧的重复复制hostXRouterYUnicastSwitchASwitchBHostX发送一个单播帧到RouterY任何一台交换机都没有学到过RouterY的MAC地址《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材环路的危害数据帧的重复复制hostXRouterY

UnicastSwitchASwitchBUnicastUnicastRouterY将收到两个完全一样的重复帧洪泛《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材环路的危害地址漂移hostXRouterYUnicastSwitchASwitchBPort0Port1Port0Port1HostX发送一个单播帧到RouterY任何一台交换机都没有学到过X的MAC地址SwitchA和B从各自的port0学到X的MAC地址目的MAC地址目的端口00-0D-56-BF-88-10.....Port0.....00-0D-56-BF-88-10目的MAC地址目的端口00-0D-56-BF-88-10.....Port0.....《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材环路的危害地址漂移hostXRouterYSwitchASwitchBPort0Port1Port0Port1SwitchA和B错误的从port1学到X的MAC地址目的MAC地址目的端口00-0D-56-BF-88-10.....Port1.....目的MAC地址目的端口00-0D-56-BF-88-10.....Port1.....《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材环路的危害环路问题的解决方法hostWorkstationsLoopLoopLoopBroadcast面对这么多的环路，怎么办？《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材环路的危害环路问题的解决方法--生成树协议生成树协议能够发现并自动消除冗余网络拓扑中的环路。Blockx《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的作用理解环路的危害理解STP运行过程了解STP的端口状态学习目标STP的作用STP通过阻塞端口来消除环路，并能够实现链路备份的目的SWASWCSWB《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的作用STP通过阻塞端口来消除环路，并能够实现链路备份的目的链路备份消除环路STP通过阻断冗余链路来消除网络中可能存在的环路。当活动路径发生故障时，激活备份链路，及时恢复网络连通性。SWA《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的运行过程理解环路的危害理解STP运行过程了解STP的端口状态学习目标STP的运行过程生成树协议原理x指定端口Rootport(F)AlternatePort(B)RootbridgeNonrootbridge100baseT

10baseT选出一个根桥Root（rootbridge）在非根网桥上选出根端口RP（rootport)在一个链路上选出指定端口DP（designatedport）未成为指定端口或根端口的端口为预备端口AP（AlternatePort），被阻塞。AB指定端口根桥根端口非根桥预备端口designatedport(F)designatedport(F)《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的运行过程生成树基本计算过程--第一步：选举根交换机选举根桥RootBridgeSTP中根桥的选举依据的是桥ID，值小者优先。32768.00e0-fc41-4259桥ID：桥ID：桥优先级和48位的MAC地址构成《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的运行过程生成树基本计算过程--第一步：选举根交换机选举根桥RootBridgeSTP中根桥的选举依据的是桥ID，值小者优先。32768.00e0-fc41-4259桥ID：桥ID：桥优先级和48位的MAC地址构成《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的运行过程生成树基本计算过程--第一步：选举根交换机LANESWALANALANBLANCSWBSWCLAND32768.00e0-fc16-ee4332768.00e0-fc41-425932768.00e0-fc41-43b9RootBridge《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的运行过程生成树基本计算过程--第二步：选举非根交换机的根端口选举根端口RP根端口是非根交换机去往根桥路径最优的端口。每个非根桥上有且只有一个根端口该端口的根路径开销01POINT对端PIDPortID和本端PID03POINT对端的BID02POINT《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的运行过程生成树基本计算过程--第二步：选举非根交换机的根端口SWALANBSWBSWC32768.

00e0-fc16-ee4332768.00e0-fc41-425932768.00e0-fc41-43b9RootPortRootPortLANAG0/0/0G0/0/0E0/0/1G0/0/1G0/0/0E0/0/1RootBridge44100《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的运行过程生成树基本计算过程--第二步：选举非根交换机的根端口100Root交换机

B交换机C

100缺省优先级32768MAC0c0011111111

缺省优先级32768

MAC0c0022222222100100交换机

Aport0port1RootPort《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的运行过程生成树基本计算过程--第三步：选举网段的指定端口选举指定端口DesignatedPort指定端口是交换机向所连网段转发配置BPDU的端口。每个网段上有且只有一个指定端口该端口的根路径开销01POINT端口的PID03POINT所在桥的BID02POINT《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的运行过程生成树基本计算过程--第三步：选举网段的指定端口SWASWBSWC32768.

00e0-fc16-ee4332768.00e0-fc41-425932768.00e0-fc41-43b9RootPortRootPortG0/0/0G0/0/0E0/0/1G0/0/1G0/0/0E0/0/1RootBridgeLANALANBLANA的指定端口LANB的指定端口LANDLANELANCLANC的指定端口《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的运行过程生成树基本计算过程--第四步：阻塞预备端口阻塞预备端口AlternatePort预备端口是指既不是根端口，也不是指定端口的端口。SWASWBSWC32768.

00e0-fc16-ee4332768.00e0-fc41-425932768.00e0-fc41-43b9RootPortRootPortG0/0/0G0/0/0E0/0/1G0/0/1G0/0/0E0/0/1RootBridgeLANALANBLANA的指定端口LANB的指定端口LANDLANELANCLANC的指定端口Alternate端口《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的运行过程生成树基本计算过程2143选根桥选RP选ＤP阻塞ＡＰ《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的端口状态交换机端口角色端口状态理解环路的危害了解STP的端口状态学习目标可能的临时环路端口状态转换BPDU计时器理解STP运行过程STP的端口状态交换机端口角色根端口指定端口预备端口RootPort是所在交换机上离根交换机最近的端口，处于转发状态。DesignatedPort转发所连接的网段发往根交换机方向的数据和从根交换机方向发往所连接的网段的数据。AlternatePort不向所连网段转发任何数据。《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的端口状态端口状态不转发数据帧，不学习MAC地址表，不接收不处理BPDU，不发送BPDUDisable未启用不转发数据帧，不学习MAC地址表，接收并处理BPDU，不向外发送BPDU。Blocking阻塞状态不转发数据帧不学习MAC地址表，接收并发送BPDUListening侦听状态不转发数据帧但是学习MAC地址表，接收并发送BPDULearning学习状态正常转发数据帧学习MAC地址表，接收并发送BPDUForwarding转发状态《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的端口状态可能的临时环路新预备端口

暂未停止转发SWALANALANBLANCSWBSWCLANDRootE0/1预备端口根端口E0/1E0/2SWD新Root指定端口E0/2新指定端口新根端口《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的端口状态可能的临时环路解决临时环路的方法是：在一个端口从不转发状态进入转发状态之前（例如SWD的E0/2端口），需要等待一个足够长的时间（一般为2个转发延时30S），以使需要进入不转发状态的端口有足够时间完成生成树计算，并进入不转发状态。《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的端口状态端口状态转换LearningDisabledForwarding1Blocking4434355552Listening1端口初始化或使能。2端口被选为根端口或指定端口。3forwarddelay计时器超时。4端口不再是根端口或指定端口。5端口禁用或链路失效。《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的端口状态BPDUBPDU包含桥ID、路径开销、端口ID、计时器等参数BPDUBPDUBPDURootSWASWBSWCBPDUPIDPVIBPDUTypeFlagsRootIDRPCBridgeIDPortIDMessageAgeMaxAgeHelloTimeFwdDelay《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材STP的端口状态计时器配置BPDU报文每经过一个交换机，MessageAge都加1如果MessageAge大于MaxAge，非根桥会丢弃该配置BPDUHelloTime：BPDU间隔(2秒)MSGAge:0MaxAge:20MSGAge:1MaxAge:20MSGAge:2MaxAge:20MSGAge:2MaxAge:20MSGAge:1MaxAge:20SWASWBSWCSWDSWEMaxAge：BPDU报文的老化时间计时器《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材RSTP原理与配置RSTP基本计算过程学完本次课后，您应该能：描述RSTP的基本计算过程描述RSTP端口状态的迁移描述拓扑结构改变信息的泛洪过程学习目标RSTP端口状态迁移RSTP拓扑改变信息RSTP原理与配置RSTP基本计算过程SWASWBSWCLANA32768.00e0-fc16-ee4332768.00e0-fc41-425932768.00e0-fc41-43b9RootBridgeSWD32768.00e0-fc22-715a选举根交换机《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材RSTP原理与配置RSTP基本计算过程选举非根交换机的根端口SWASWBSWCLANA32768.00e0-fc16-ee4332768.00e0-fc41-425932768.00e0-fc41-43b9RootBridgeSWD32768.00e0-fc22-715aRootPortRootPortRootPort《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材RSTP原理与配置RSTP基本计算过程选举网段的指定端口SWASWBSWCLANA32768.00e0-fc16-ee4332768.00e0-fc41-425932768.00e0-fc41-43b9RootBridgeSWD32768.00e0-fc22-715aDesignatedPortE0/1E0/2DesignatedPortRootPortRootPortRootPort《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材RSTP原理与配置RSTP基本计算过程选举预备端口和备份端口SWASWBSWCLANA32768.00e0-fc16-ee4332768.00e0-fc41-425932768.00e0-fc41-43b9RootBridgeSWD32768.00e0-fc22-715aDesignatedPortDesignatedPortE0/1E0/2AlternatePortBackupPortRootPortRootPortRootPort《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材RSTP原理与配置RSTP基本计算过程交换机端口角色端口角色描述RootPort根端口，是所在交换机上离根交换机最近的端口，稳定时处于转发状态。DesignatedPort指定端口，转发所连接的网段发往根交换机方向的数据和从交换机方向发往所连接的网段的数据，稳定时处于转发状态。BackupPort备份端口，不处于转发状态，所属交换机为端口所连网段的指定交换机。AlternatePort预备端口，不处于转发状态，所属交换机不是端口所连网段的指定交换机。《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材RSTP原理与配置RSTP端口状态迁移交换机端口状态端口角色描述Discarding丢弃状态此状态下端口对接收到的数据做丢弃处理，端口不转发数据帧，不学习MAC地址表。AlternatePort和BackupPortLearning学习状态此状态下端口不转发数据帧，但是学习MAC地址表，参与计算生成树，接收并发送BPDU。Forwarding转发状态此状态下端口正常转发数据帧，学习MAC地址表，参与计算生成树，接收并发送BPDU。《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材RSTP原理与配置RSTP端口状态迁移选举新的根端口－无环路风险情形SWALANALANBLANCSWBSWC32768.00e0-fc16-ee4332768.00e0-fc41-425932768.00e0-fc41-43b9LANA的指定端口LANB的指定端口RootLANC的指定端口预备端口根端口新根端口立即转发《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材RSTP原理与配置RSTP端口状态迁移选举新的指定端口－边缘端口LANESWALANALANBLANCSWBSWCLAND32768.00e0-fc16-ee4332768.00e0-fc41-425932768.00e0-fc41-43b9根交换机边缘端口《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材RSTP原理与配置边缘端口特性配置边缘端口的端口在UP的时候，可以直接将端口的状态转变为forwarding状态，不需要经历转发延时就可以为连接到边缘端口的设备转发流量当网络拓扑结构发生变化时，边缘端口可以保持forwarding状态，持续为连接到边缘端口的设备转发流量边缘端口转变为forwarding状态不算拓扑变化，可以避免MAC表刷新当边缘端口收到BPDU时，就丧失了边缘端口的特性，成为普通的STP端口，并重新进行生成树计算

《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材RSTP原理与配置选举新的指定端口－

“Proposal－Agreement”SWASWBSWCRootDE0/1SWDDRRDDRANewRootDD保持转发状态ProposalRDProposalRAAgreementAgreement进入转发状态E0/2E0/1E0/2E0/2E0/1保持转发状态Discarding进入转发状态《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材RSTP原理与配置协商机制的前提－点到点链路LANSWASWBSWCDRDRProposalProposalAgreement过早进入转发状态SWDSWE《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材RSTP原理与配置配置RSTP--基本配置SWASWB