网络设备配置与管理项目式教程（第3版） 课件 1.6运行快速生成树协议实现交换网冗余链路

运行快速生成树协议实现

交换网冗余链路教学目标能够规划、设计交换网络的冗余链路，提高网络可靠性；能够正确配置交换网络的快速生成树协议；能够配置交换网络中的根交换机和非根交换机的根端口；能够描述冗余交换网络的模型、广播风暴、多帧复制和MAC地址表抖动等概念；能够描述生成树协议（STP）和快速生成树协议（RSTP）的基本原理和工作过程；培养学生网络工程可靠性设计的基本素养。工作任务

中小型计算机网络一般采用接入层、汇聚层和核心层三层网络拓扑结构。通常用二层交换机作为接入层设备，将计算机接入网络；用三层交换机作为汇聚层设备，将各子网连接起来，并与核心层设备或服务器群连接。在接入层与汇聚层之间通常有一条链路连接一个子网，这条链路就成为这个子网与网络其它部分连接的唯一通路，一旦这条链路出现故障，这个子网与网络其它部分的通信就中断。为了提高网络的可靠性，需要在接入层与汇聚层之间增加冗余链路，需要对网络进行规划和配置，以实现交换网络的冗余链路。网络拓扑交换网络的冗余链路拓扑结构

操作步骤（演示）步骤1配置三台交换机主机名，将三台交换机之间连接的端口设置为Trunk模式。步骤2在三台交换机上启用快速生成树协议。步骤3设置交换机优先级，指定Switch1为根交换机。步骤4设置非根交换机端口优先级，指定Switch2的F0/24为根端口，Switch3的F0/24为根端口。步骤5查看网络生成树配置及其状态。步骤6验证测试网络生成树协议运行。操作要领

锐捷交换机生成树协议默认情况是关闭的，必须手工开启生成树协议，而思科交换机生成树协议默认是开启的;

锐捷交换机默认为MSTP协议，每台交换机上运行的生成树协议必须统一版本；按默认参数选举产生的根网桥和根端口不一定符合设计需要，为优化网络流量，需要指定根网桥和根端口；当网络上有多个VLAN时，PVST（PerVlanSTP）会为每个VLAN构建一棵STP树。思科交换机默认的模式就是PVST。在PVST中，交换机为每个VLAN都构建一棵STP树，不仅会带来CPU很大的负载，也会占用大量带宽。MST则是把多个VLAN映射到一棵STP树上，从而减少了网络中STP树数量。MST可以同STP和PVST兼容。相关知识—网络中存在的单点故障故障网络中的单点故障可导致网络无法正常工作相关知识—交换网络中的冗余链路故障在网络中提供冗余链路解决单点故障问题相关知识—冗余链路出现的问题—环路冗余链路会造成网络环路,当交换网络中出现环路会产生广播风暴、多帧复制和MAC地址表不稳定等现象。严重影响网络正常运行。发送一个广播帧广播风暴相关知识—多帧复制和MAC地址表不稳定SwitchAPC1F0/3F0/5PC1在我的F0/3口PC1在我的F0/5口去往PC1的帧去往PC1的帧相关知识—环路问题的解决1、主要链路正常时，断开备份链路2、主要链路出故障时,自动启用备份链路相关知识—生成树协议

生成树协议（spanning-treeprotocol）由IEEE802.1d标准定义；生成树协议是为了提供冗余链路，解决网络环路问题；生成树协议通过SPA（生成树算法）生成一个没有环路的网络，当主要链路出现故障时，能够自动切换到备份链路，保证网络的正常通信。相关知识—BPDU(网桥协议数据单元）ForwardDelayHelloTimeMaximumTimeMessageAgePortIDBridgeIDCostofPathRootIDFlagsMessageTypeVersionProtocolID

RootID:由2字节优先级和6字节MAC组成CostofPath：路径开销是从Switch到RootBridge的方向叠加的MaximumTime:当一段时间未收到任何BPDU，生存期达到MaxAge时，网桥则认为该端口连接的链路发生故障。默认20秒HelloTime:发送BPDU的周期,默认2秒PortID:端口信息由1字节端口优先级和1字节端口ID组成ForwardDelay：BPDU全网传输延迟,默认15秒相关知识—生成树协议避免环路switchAswitchCswitchBA为根交换机交换网络中所有交换机共同选举一台设备为根交换机（RootBridge）相关知识—生成树协议避免环路（续）switchAswitchCswitchBA为根交换机所有非根交换机选择一条到达根交换机的最短路径此为最短路径此为最短路径相关知识—生成树协议避免环路（续）switchAswitchCswitchBA为根交换机所有非根交换机产生一个到达根交换机的端口—根端口（RootPort）根端口相关知识—生成树协议避免环路（续）switchAswitchCswitchB

每个LAN都会选择一台设备为指定交换机，通过该设备的端口连接到根，该端口为指定端口（Designatedport）指定端口A为根交换机根端口相关知识—生成树协议避免环路（续）switchAswitchCswitchBA为根交换机

将交换网络中所有设备的根端口(RP)和指定端口（DP）设为转发状态（Forwarding），将其他端口设为阻塞状态（Blocking）RPDP相关知识—根交换机的选择根交换机的选择原则：所有交换机首先认为自己是根全网选举BridgeID最小的交换机为根交换机BridgeID：每个交换机唯一的桥ID，由交换机优先级和Mac地址组合而成交换机优先级和Mac地址越小则BridgeID就越小默认优先级为32768相关知识—最短路径的选择1、比较开销选择路径比较本交换机到达根交换机路径的开销，选择开销最小的路径带宽IEEE802.1dIEEE802.1t10Mbps1002000000100Mbps192000001000Mbps42000010Gbps12000

相关知识—最短路径的选择1001919SwBSwASwCSwDSwE1001938100

假设SwA为根交换机，通过比较开销，选择E->D->A为最短路径相关知识—最短路径的选择2、通过BridgeID选择最短路径

如果路径开销相同，则比较发送BPDU交换机的BridgeIDMac:00d0f80000f1SwCSwBSwDSwARootBridgeMac:00d0f80000f2相关知识—最短路径的选择3、比较发送者portID选择最短路径如果发送者BridgeID相同，即同一台交换，则比较发送者交换机的portIDPortID:端口信息由1字节端口优先级和1字节端口ID组成PortID默认优先级为128Mac:00d0f80000f1SwCSwBSwDSwAMac:00d0f80000d1f0/1f0/2RootBridge相关知识—最短路径的选择7Mac:00d0f80000f1612SwCSwBSwDSwAHUBMac:00d0f80000d184、比较接收者的PortID如不同链路发送者的BridgeID一致（即同一台交换机），那比较接收者的PortIDRootBridge相关知识—生成树协议端口的状态BlockListeninglearningForwarding20秒最大生存时间15秒转发延时15秒转发延时

生成树经过一段时间（默认值是50秒左右）稳定之后，所有端口要么进入转发状态，要么进入阻塞状态。

相关知识—端口状态生成树端口的四种状态Blocking

接收BPDU，不学习MAC地址，不转发数据帧Listening

接收BPDU,不学习MAC地址，不转发数据帧，但交换机向其他交换机通告该端口，参与选举根端口或指定端口Learning接收BPDU,学习MAC地址，不转发数据帧Forwarding正常转发数据帧相关知识—拓扑变化机制拓扑改变通知消息拓扑改变应答消息拓扑改变消息1325566在一个大中型网络中要等整个网络拓朴稳定为一个树型结构就大约需要50秒，这样的时间是无法忍受的！4ROOT快速生成树协议RSTP(RapidSpannningTreeProtocol)IEEE802.1w；RSTP协议在STP协议基础上做了改进，使得收敛速度快得多（最快1秒以内）。相关知识—IEEE802.1w—快速生成树协议相关知识—RSTP端口角色和端口状态几种不同的端口角色Rootport具有到根交换机的最短路径的端口Designatedport每个LAN的通过该口连接到根交换机Alternateport根端口的替换口，一旦根端口失效，该口就立刻变为根端口BackupportDesignatedport的备份口，当一个交换机有两个端口都连接在一个LAN上，那么高优先级的端口为Designatedport，低优先级的端口为BackupportUndesignatedport当前不处于活动状态的口，即OperState为down的端口都被分配了这个角色相关知识—拓扑变化机制拓扑改变消息3122

整个网络拓朴稳定为一个树型结构大约需要1秒相关知识—MSTP技术简介MSTP协议instance：一台交换机的一个或多个vlan的集合MSTregion：有着相同instance配置的交换机组成的域，运行独立的生成树（IST，internalspanning-tree）CST（commonspanningtree）多个MSTregion组合既避免了环路的产生，也能让相同vlan间的通讯不受影响

VLAN1VLAN2VLAN2ABCDMstregion1Mstregion2CSTVLAN1相关知识—生成树协议的配置开启生成树协议Switch(config)#Spanning-tree关闭生成树协议Switch(config)#noSpanning-tree配置生成树协议的类型Switch(config)#Spanning-treemodestp/rstp锐捷全系列交换机默认使用MSTP协议相关知识—生成树协议的配置配置交换机优先级Switch(config)#spanning-treepriority<0-61440>(“0”或“4096”的倍数、共16个、缺省32768)恢复到缺省值Switch(config)#no

spanning-treepriority配置交换机端口的优先级Switch(config)#interfaceinterface-typeinterface-numberSwitch(config-if)#spanning-treeport-prioritynumberSpanningTree的缺省配置：关闭STPSTPPriority是32768STPportPriority是128STPportcost