《锐捷RCNA路由与交换技术实战》 课件 项目18 基于STP配置高可用的企业网络

项目18基于STP配置高可用的企业网络项目描述相关知识项目规划设计项目实施项目验证项目拓展目录项目描述项目描述 Jan16公司为提高网络的可靠性，使用了两台高性能交换机作为核心交换机，接入层交换机与核心层交换机互联，形成冗余结构，拓扑如图18-1所示，具体要求如下。（1）为避免交换环路问题，需配置交换机的STP功能，要求核心交换机有较高优先级，SW1为根交换机，SW2为备用根交换机，SW1-SW3和SW1-SW4为主链路。（2）技术部使用VLAN10，网络地址为10.0.1.0/24，PC1和PC2分别接入到SW3和SW4。

项目描述图18-1网络拓扑图相关知识18.2.1冗余性与STP1.冗余要使网络更加可靠，减少故障影响的一个重要方法就是“冗余”。当网络中出现单点故障时，“冗余”可以激活其他备份组件，实现网络链接不中断的作用。冗余在网络中是必须的，冗余的拓扑结构可以减少网络的中断时间。单条链路、单个端口或是单台网络设备都有可能发生故障和错误，进而影响整个网络的正常运行，此时，如果有备份的链路、端口或者设备就可以解决这些问题，尽量减少丢失的连接，保障网络不间断地运行。生成树协议能够有效解决冗余链路带来的环路问题，大大提高网络的健壮性、稳定性、可靠性和容错性能。18.2.1冗余性与STP2.STP为了解决冗余链路引起的问题，IEEE通过了IEEE802.1d协议，即生成树协议（SpanningTreeProtocol,STP）。IEEE802.1d协议通过在交换机上运行一套复杂的算法，使冗余端口置于“阻塞状态”，使得网络中的计算机在通信时只有一条链路生效，而当这个链路出现故障时，IEEE802.1d协议将会重新计算出网络的最优链路，将处于“阻塞状态”的端口重新打开，从而确保网络连接稳定可靠。18.2.1冗余性与STP3.树的基本理论在一个具有物理环路的交换网络中，交换机通过运行STP，自动生成一个没有环路的逻辑拓扑。该无环逻辑拓扑也称为STP树（STPTree），树节点为某些特定的交换机，树枝为某些特定的链路。一棵STP树包含了唯一的一个根节点，任何一个节点到根节点的工作路径不但是唯一的，而且是最优的。当网络拓扑发生变化时，STP树也会自动地发生相应的改变。简而言之，有环的物理拓扑提高了网络连接的可靠性，而无环的逻辑拓扑避免了广播风暴、MAC地址表翻摆、多帧复制，这就是STP的精髓。18.2.2STP的工作原理生成树协议是一个用于在局域网中消除环路的协议。运行该协议的交换机通过彼此交互信息而发现网络中的环路，并适当对某些端口进行阻塞以消除环路。1.生成树的生成过程STP树的生成过程主要分为4步。

18.2.2STP的工作原理（1）选举根桥根桥是STP树的根节点。要生成一棵STP树，首先要确定出一个根桥。根桥是整个交换网络的逻辑中心，但不一定是它的物理中心。当网络的拓扑发生变化时，根桥也可能会发生变化。运行STP的交换机（简称STP交换机）会相互交换STP协议帧，这些协议帧的载荷数据被称为BPDU（BridgeProtocolDataUnit，网桥协议数据单元）。BPDU中包含了与STP相关的所有信息，其中包含了BID。18.2.2STP的工作原理交换机间选举根桥主要由步骤如下。①STP交换机初始启动之后，都会认为自己是根桥，并在发送给其他交换机的BPDU中宣告自己是根桥。②当交换机从网络中收到其他设备发送过来的BPDU的时候，会比较BPDU中的根桥BID和自己的BID，较小的BID将作为根桥BID。③交换机间通过不断地交互BPDU，同时对BID进行比较，直至最终选举出一台BID最小的交换机作为根桥。如图2-26所示，交换机S1、S2、S3都使用了默认的桥优先级32768。显然，S1的BID最小，所以最终S1将被选举为根桥。18.2.2STP的工作原理图2-26选举根桥18.2.2STP的工作原理（2）确定根端口根桥确定后，其他没有成为根桥的交换机都被称为非根桥。一台非根交换机可能通过多个端口与根交换机通信，为了保证从非根交换机到根交换机的工作路径是最优且唯一的，就必须从非根交换机的端口中确定出一个被称为“根端口”的端口，由根端口作为非根交换机与根交换机设备之间进行报文交互。因此，一台非根桥设备上最多只能有一个根端口，根端口的确定过程如下。18.2.2STP的工作原理①比较根路径开销，较小的为根端口。STP把根路径开销作为确定根端口的一个重要依据。一个运行STP的网络中，某个交换机的端口到根桥的累计路径开销（即从该端口到根桥所经过的所有链路的路径开销总和）称为该端口的根路径开销（RootPathCost，RPC）。链路的路径开销（PathCost）与端口速率有关，端口转发速率越大，则路径开销越小。端口速率与路径开销的对应关系可参考表2-4。端口速率路径开销（IEEE802.1t标准）10Mbit/s2000000100Mbit/s2000001Gbit/s2000010Gbit/s2000表2-4端口速率与路径开销的对应关系18.2.2STP的工作原理如图2-27所示，假定S1已被选举为根桥，并且链路的路径开销遵从IEEE802.1t，现在，S3需要从自己的GE0/1端口和GE0/2端口中确定出根端口。显然，S3的GE0/1端口的RPC为20000；S3的GE0/2端口的RPC为200000+20000=220000。交换机会将RPC最小的那个端口确定为自己的根端口。因此，S3将会把GE0/1端口确定为自己的根端口。图2-27确定根端口18.2.2STP的工作原理②比较上行设备的BID，BID较小的端口为根端口。③比较发送方端口ID，较小的端口为根端口。18.2.2STP的工作原理（3）确定指定端口当一个网段有两条及两条以上的路径通往根交换机时，每个网段都必须确定一个端口为指定端口（每网段唯一）。指定端口也是通过比较RPC来确定的，RPC较小的端口将成为指定端口。如果RPC相同，则需要比较BID、PID等，具体流程如图2-28所示。18.2.2STP的工作原理图2-28确定指定端口的具体流程18.2.2STP的工作原理如图2-29所示，假定S1已被选举为根桥，并且假定各链路的开销均相等。显然，S3的GE0/1端口的RPC小于S3的GE0/2端口的RPC，所以S3将自己的GE0/1端口确定为自己的根端口。类似地，S2的GE0/1端口的RPC小于S2的GE0/2端口的RPC，所以S2将自己的GE0/1端口确定为自己的根端口。对于S3的GE0/2和S2的GE0/2之间的网段来说，S3的GE0/2端口的RPC是与S2的GE0/2端口的RPC相等的，所以需要比较S3的BID和S2的BID.假定S2的BID小于S3的BID，则S2的GE0/2端口将被确定为S3的GE0/2和S2的GE0/2之间的网段的指定端口。18.2.2STP的工作原理对于网段LAN1来说，与之相连的交换机只有S2。在这种情况下，就需要比较S2的GE0/3端口的PID和GE0/4端口的PID.假定GE0/3端口的PID小于GE0/4端口的PID，则S2的GE0/3端口将被确定为网段LAN1的指定端口。最后需要指出的是，根桥上不存在任何根端口，只存在指定端口。图2-29STP中的指定端口18.2.2STP的工作原理（4）阻塞备用端口在确定了根端口和指定端口之后，交换机上所有剩余交换机间互联的端口称为备用端口。STP会对备用端口进行逻辑阻塞。逻辑阻塞是指这些备用端口不能转发用户数据帧（由终端计算机产生并发送的帧），但可以接收并处理STP协议帧。根端口和指定端口既可以发送和接收STP协议帧，又可以转发用户数据帧。如图2-30所示，一旦备用端口被逻辑阻塞后，STP树（无环拓扑）的生成过程便告完成。18.2.2STP的工作原理图2-30阻塞备用端口18.2.2STP的工作原理2.STP端口的状态STP不仅定义了3种端口角色：根端口、指定端口、备用端口，还将端口的状态分为5种：禁用状态、阻塞状态、侦听状态、学习状态、转发状态。这些状态的迁移用于防止网络STP收敛过程中可能存在的临时环路。接下来我们将介绍STP在工作时端口状态的变化，表2-5给出了这5种端口状态的简单说明。18.2.2STP的工作原理端口状态说明禁用（Disabled）禁用状态的端口无法接收和发出任何帧，端口处于关闭（Down）状态阻塞（Blocking）阻塞状态的端口只能接收STP协议帧，不能发送STP协议帧，也不能转发用户数据帧侦听（Listening）侦听状态的端口可以接收并发送STP协议帧，但不能进行MAC地址学习，也不能转发用户数据帧学习（Learning）学习状态的端口可以接收并发送STP协议帧，也可以进行MAC地址学习，但不能转发用户数据帧转发（Forwarding）转发状态的端口可以接收并发送STP协议帧，也可以进行MAC地址学习，同时能够转发用户数据帧表2-5STP端口的5种状态18.2.2STP的工作原理(1)STP交换机的端口在初始启动时，首先会从Disabled状态进入到Blocking状态。在Blocking状态，端口只能接收和分析BPDU，但不能发送BPDU。(2)如果端口被选为根端口或指定端口，则会进入Listening状态，此时端口接收并发送BPDU，这种状态会持续一个转发延迟的时间长度，默认为15s。(3)然后，如果没有因“意外情况”而回到Blocking状态，则该端口会进入到Learning状态，并在此状态持续一个转发延迟的时间长度。处于Learning状态的端口可以接收和发送BPDU，同时开始构建MAC地址表，为转发用户数据帧做好准备。处于Learning状态的端口仍然不能开始转发用户数据帧，因为此时网络中可能还存在因STP树的计算过程不同步而产生的临时环路。18.2.2STP的工作原理(4)最后，端口由Learning状态进入Forwarding状态，开始用户数据帧的转发工作。(5)在整个状态的迁移过程中，端口一旦被关闭或发生了链路故障，就会进入到Disable状态；在端口状态的迁移过程中，如果端口的角色被判定为非根端口或非指定端口，则其端口状态就会立即退回到Blocking状态。端口状态的迁移过程如图2-31所示。18.2.2STP的工作原理图2-31端口状态迁移过程项目规划设计任务18-1创建VLAN并将端口划分至相应VLAN任务描述根据项目规划中的VLAN规划表为各部门创建相应的VLAN并配置VLAN描述，将连接计算机的端口类型转换模式并换分到相应的VLAN中。任务实施（1）在交换机SW1上创建VLAN并配置VLAN描述。配置命令如下。Switch>enable//进入特权模式Switch#config//进入全局模式Enterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.Switch(config)#hostnameSW1//将交换机名称更改为SW１SW1(config)#vlan10//创建VLAN10SW1(config-vlan)#interfacevlan10//进入vlan10接口模式SW1(config-if-VLAN10)#descriptionTechnical//配置VLAN10的描述信息为Technical任务18-1创建VLAN并将端口划分至相应VLAN（2）在交换机SW1上批量进入端口GigabitEthernet0/1到GigabitEthernet0/3，统一将端口类型转换为Trunk模式，并设置端口放行的VLAN。SW1(config-if-VLAN10)#exitSW1(config)#interfacerangegigabitEthernet0/1-3//批量进入端口GigabitEthernet0/1到GigabitEthernet0/3SW1(config-if-range)#switchportmodetrunk//修改端口类型为Trunk模式SW1(config-if-range)#switchporttrunkallowedvlanonly10//Trunk只允许VLAN列表中添加VLAN10任务18-1创建VLAN并将端口划分至相应VLAN（3）在交换机SW2上创建VLAN并配置VLAN描述。配置命令如下。Switch>enableSwitch#configEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.Switch(config)#hostnameSW2SW2(config)#vlan10SW2(config-vlan)#interfacevlan10SW2(config-if-VLAN10)#descriptionTechnicalSW2(config-if-VLAN10)#exit任务18-1创建VLAN并将端口划分至相应VLAN（4）在交换机SW2上批量进入端口GigabitEthernet0/1到GigabitEthernet0/3，统一将端口类型转换为Trunk模式，并设置端口放行的VLAN。SW2(config)#interfacerangegigabitEthernet0/1-3SW2(config-if-range)#switchportmodetrunkSW2(config-if-range)#switchporttrunkallowedvlanonly10任务18-1创建VLAN并将端口划分至相应VLAN（5）在交换机SW3上创建VLAN并配置VLAN描述。配置命令如下。Switch>enableSwitch#configEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.Switch(config)#hostnameSW3SW3(config)#vlan10SW3(config-vlan)#exitSW3(config)#interfacevlan10SW3(config-if-VLAN10)#descriptionTechnicalSW3(config-if-VLAN10)#exit任务18-1创建VLAN并将端口划分至相应VLAN（6）在交换机SW3上连连接PC到端口转换为Access模式，并将接口划分给VLAN10,批量进入端口GigabitEthernet0/1到GigabitEthernet0/2，统一将端口类型转换为Trunk模式，并设置端口放行的VLAN。配置命令如下。SW3(config)#interfacegigabitEthernet0/8SW3(config-if-GigabitEthernet0/8)#switchportmodeaccess//修改端口类型为Assess模式SW3(config-if-GigabitEthernet0/8)#switchportaccessvlan10//将端口加入VLAN10SW3(config-if-GigabitEthernet0/8)#exitSW3(config)#interfacerangegigabitEthernet0/1-2SW3(config-if-range)#switchportmodetrunkSW3(config-if-range)#switchporttrunkallowedvlanonly10任务18-1创建VLAN并将端口划分至相应VLAN（7）在交换机SW4上创建VLAN并配置VLAN描述。配置命令如下。Switch>enableSwitch#configEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.Switch(config)#hostnameSW4SW4(config)#vlan10SW4(config-vlan)#interfacevlan10SW4(config-if-VLAN10)#descriptionTechnicalSW4(config-if-VLAN10)#exit任务18-1创建VLAN并将端口划分至相应VLAN（8）在交换机SW4上连连接PC到端口转换为Access模式，并将接口划分给VLAN10,批量进入端口GigabitEthernet0/1到GigabitEthernet0/2，统一将端口类型转换为Trunk模式，并设置端口放行的VLAN。配置命令如下。SW4(config)#interfacegigabitEthernet0/8SW4(config-if-GigabitEthernet0/8)#switchportmodeaccessSW4(config-if-GigabitEthernet0/8)#switchportaccessvlan10SW4(config-if-GigabitEthernet0/8)#exitSW4(config)#interfacerangegigabitEthernet0/1-2SW4(config-if-range)#switchportmodetrunkSW4(config-if-range)#switchporttrunkallowedvlanonly10任务18-1创建VLAN并将端口划分至相应VLAN任务验证（1）在SW1上使用【showvlan】命令查看VLAN信息，配置命令如下。结果显示已经成功完成端口的VLAN划分。SW1(config-if-range)#showvlanVLANNameStatusPorts--------------------------------------------------------------------------------------1VLAN0001STATICGi0/0,Gi0/4,Gi0/5,Gi0/6Gi0/7,Gi0/810VLAN0010STATICGi0/1,Gi0/2,Gi0/3任务18-1创建VLAN并将端口划分至相应VLAN（2）在SW2上使用【showvlan】命令查看VLAN信息，配置命令如下。结果显示已经成功完成端口的VLAN划分。SW2(config-if-range)#showvlanVLANNameStatusPorts--------------------------------------------------------------------------------------1VLAN0001STATICGi0/0,Gi0/4,Gi0/5,Gi0/6Gi0/7,Gi0/810VLAN0010STATICGi0/1,Gi0/2,Gi0/3任务18-1创建VLAN并将端口划分至相应VLAN（3）在SW3上使用【showvlan】命令查看VLAN信息，配置命令如下。结果显示已经成功完成端口的VLAN划分。SW3(config-if-range)#showvlanVLANNameStatusPorts--------------------------------------------------------------------------------------1VLAN0001STATICGi0/0,Gi0/3,Gi0/4,Gi0/5Gi0/6,Gi0/710VLAN0010STATICGi0/1,Gi0/2,Gi0/8任务18-1创建VLAN并将端口划分至相应VLAN（4）在SW4上使用【showvlan】命令查看VLAN信息，配置命令如下。结果显示已经成功完成端口的VLAN划分。SW4(config-if-range)#showvlanVLANNameStatusPorts--------------------------------------------------------------------------------------1VLAN0001STATICGi0/0,Gi0/3,Gi0/4,Gi0/5Gi0/6,Gi0/710VLAN0010STATICGi0/1,Gi0/2,Gi0/8任务18-2开启STP并配置优先级任务描述根据项目要求在所有交换机上开启生成树STP，然后配置SW1为根桥交换机、SW2为备份根桥交换机。任务实施（1）在SW1上开启生成树STP。【spanning-treemode{mstp|rstp|stp}】命令用来配置设备STP的工作模式。工作模式分别为MSTP、RSTP、STP，默认模式为MSTP。SW1开启STP的配置命令如下。SW1(config)#spanning-tree//开启生成树功能SW1(config)#spanning-treemodestp//配置生产树模式为STP任务18-2开启STP并配置优先级（2）在SW2上开启生成树STP。配置命令如下。（3）在SW3上开启生成树STP。配置命令如下。（4）在SW4上开启生成树STP。配置命令如下。SW2(config)#spanning-treeSW2(config)#spanning-treemodestpSW3(config)#spanning-treeSW3(config)#spanning-treemodestpSW4(config)#spanning-treeSW4(config)#spanning-treemodestp任务18-2开启STP并配置优先级5）在SW1上修改STP的优先级，使其成为根桥交换机。【spanning-treeprioritypriority】命令用来设置设备的桥优先级，“priority”的取值范围是0~65535，默认值是32768，该值要求设置为4096的倍数，如4096、8182等命令如下。（6）在SW2上修改STP的优先级，使其成为备份根桥交换机。配置命令如下。SW1(config)#spanning-treepriority0//将STP优先级设置为0SW2(config)#spanning-treepriority4096任务18-2开启STP并配置优先级任务验证（1）在SW1上使用【showspanning-treesummary】命令查看STP模式。配置命令如下。SW1(config)#showspanning-treesummarySpanningtreeenabledprotocolstpRootIDPriority0Address5000.0001.0001thisbridgeisrootHelloTime2secForwardDelay15secMaxAge20secBridgeIDPriority0Address5000.0001.0001HelloTime2secForwardDelay15secMaxAge20sec任务18-2开启STP并配置优先级可以看到SW1开启了生成树，模式为STP。同理可以查看其它交换机的生成树工作模式是否为STP。InterfaceRoleStsCostPrioOperEdgeType-----------------------------------------------------------------Gi0/0DesgFWD20000128FalseP2pGi0/1DesgFWD20000128FalseP2pGi0/2DesgFWD20000128FalseP2pGi0/3DesgFWD20000128FalseP2pGi0/4DesgFWD20000128FalseP2pGi0/5DesgFWD20000128FalseP2pGi0/6DesgFWD20000128FalseP2pGi0/7DesgFWD20000128FalseP2pGi0/8DesgFWD20000128FalseP2p任务18-2开启STP并配置优先级（2）在SW2上使用【showspanning-treesummary】命令查看STP模式。配置命令如下。SW2(config)#showspanning-treesummarySpanningtreeenabledprotocolstpRootIDPriority0Address5000.0001.0001thisbridgeisrootHelloTime2secForwardDelay15secMaxAge20secBridgeIDPriority4096Address5000.0002.0001HelloTime2secForwardDelay15secMaxAge20secInterfaceRoleStsCostPrioOperEdgeType任务18-2开启STP并配置优先级可以看到SW2开启了生成树，模式为STP。可以看到G0/3与STP根桥连接，为根端口角色进行数据转发。-----------------------------------------------------------------Gi0/0DesgFWD20000128FalseP2pGi0/1DesgFWD20000128FalseP2pGi0/2DesgFWD20000128FalseP2pGi0/3RootFWD20000128FalseP2pBound(STP)Gi0/4DesgFWD20000128FalseP2pGi0/5DesgFWD20000128FalseP2pGi0/6DesgFWD20000128FalseP2pGi0/7DesgFWD20000128FalseP2pGi0/8DesgFWD20000128FalseP2p任务18-2开启STP并配置优先级（3）在SW3上使用【showspanning-treesummary】命令查看交换机接口的状态，配置命令如下。SW3(config)#showspanning-treesummarySpanningtreeenabledprotocolstpRootIDPriority0Address5000.0001.0001thisbridgeisrootHelloTime2secForwardDelay15secMaxAge20secBridgeIDPriority32768Address5000.0003.0001HelloTime2secForwardDelay15secMaxAge20secInterfaceRoleStsCostPrioOperEdgeType任务18-2开启STP并配置优先级可以看到G0/1与STP根桥连接，为根端口角色进行数据转发。-----------------------------------------------------------------Gi0/0DesgFWD20000128FalseP2pGi0/1RootFWD20000128FalseP2pBound(STP)Gi0/2AltnBLK20000128FalseP2pBound(STP)Gi0/3DesgFWD20000128FalseP2pGi0/4DesgFWD20000128FalseP2pGi0/5DesgFWD20000128FalseP2pGi0/6DesgFWD20000128FalseP2pGi0/7DesgFWD20000128FalseP2pGi0/8DesgFWD20000128FalseP2p任务18-2开启STP并配置优先级（4）在SW4上使用【showspanning-treesummary】命令查看交换机接口的状态，配置命令如下。SW4(config)#showspanning-treesummarySpanningtreeenabledprotocolstpRootIDPriority0Address5000.0001.0001thisbridgeisrootHelloTime2secForwardDelay15secMaxAge20secBridgeIDPriority32768Address5000.0004.0001HelloTime2secForwardDelay15secMaxAge20secInterfaceRoleStsCostPrioOperEdgeType任务18-2开启STP并配置优先级可以看到G0/1与STP根桥连接，为根端口角色进行数据转发。-----------------------------------------------------------------Gi0/0DesgFWD20000128FalseP2pGi0/1RootFWD20000128FalseP2pBound(STP)Gi0/2AltnBLK20000128FalseP2pBound(STP)Gi0/3DesgFWD20000128FalseP2pGi0/4DesgFWD20000128FalseP2pGi0/5DesgFWD20000128FalseP2pGi0/6DesgFWD20000128FalseP2pGi0/7DesgFWD20000128FalseP2pGi0/8DesgFWD20000128FalseP2p任务18-3配置各部门计算机的IP地址任务描述根据IP地址规划表（如表18-3所示）为各部门PC配置IP地址。任务实施（1）根据表18-4为各部门PC配置IP地址。计算机IP地址技术部PC110.0.1.1/24技术部PC210.0.1.2/24表18-4IP地址规划任务18-3配置各部门计算机的IP地址（2）技术部PC1的IP地址配置结果如图18-2所示，同理完成技术部PC2的IP地址配置，如图18-3所示。图18-2技术部-PC1IP配置图18-3技术部-PC2IP配置任务18-3配置各部门计算机的IP地址任务验证（1）在技术部PC1上使用【ipconfig】命令查看IP地址，配置命令如下。可以看到，PC1上已经配置了IP地址。 （2）在其他PC上同样使用【ipconfig】命令验证IP地址是否成功配置。C:\Users\Administrator>ipconfig//显示本机IP地址配置的信息本地连接: