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1、第4章 生成树协议,Version 1.0,华为3Com网络学院第三学期,2,引入,STP/RSTP/MSTP的作用在二层网络上形成树状网络拓扑结构，避免环路。二层网络环路的危害1.广播风暴（没有三层网络的TTL机制）。2.MAC地址学习错误。二层网络的健壮性STP可以增强网络健壮性，避免单点故障，单链路故障。,3,课程内容,第一章 STP(802.1D)协议原理第二章 RSTP(802.1W)协议原理第三章 MSTP(802.1S)协议原理第四章 STP的相关配置第五章 STP的保护措施,4,STP协议原理,STP协议简介BPDU报文结构如何确定根桥如何计算STP Path Cost如何确定
2、端口角色端口的状态迁移及定时器MAC地址学习的生存周期STP的不足,5,STP协议简介,STP都做了些什么？1.STP在二层交换网络中选择一个根桥作为全部二层交换网络的逻辑中心（Root Bridge）。2.STP为全网中每一个参与STP运算的交换机计算到达根桥的最短距离（Path Cost)。3.检测二层交换网络中存在的冗余链路，并把他们置于阻断/备份状态。4.检测拓扑结构的变化并根据情况计算新的生成树。,6,STP协议简介,STP协议的结果是什么？阻断了冗余链路，形成了以根桥为树根的树状拓扑结构。,7,STP协议简介,常用概念根桥(Root Bridge)桥ID最小的网桥。其中桥ID是由网
3、桥的优先级和网桥的MAC组成。根端口(Root Port)这个端口到达根桥的路径是该端口所在网桥到达根桥的最佳路径。全网中只有根桥是没有根端口的。指定端口(Designated Port)每一个网段选择到根桥最近的网桥作为指定网桥，该网桥到这一网段的端口为指定端口。可选端口(Alternated Port)既不是指定端口，也不是根端口的端口。,8,BPDU报文结构（1）,STP通过BPDU(Bridge Protocol Data Unit)报文来学习网络拓扑结构。BPDU报文的目标MAC地址为：01-80-C2-00-00-00.BPDU报文在直连的两个网桥或多个网桥内交换，不能被转发。没有
4、运行STP协议的网桥将把BPDU报文当作普通业务报文转发。,BPDU,Switch C,Switch B,BPDU,9,BPDU报文结构（2）,DMA:目的MAC地址目的地址是一个固定的桥的组播地址（0 x0180c2000000）SMA:源MAC地址即发送该配置消息的桥MAC地址L/T:帧长LLC Header:固定的链路头Payload:BPDU数据,10,如何确定根桥（1）,根桥BID（网桥ID）最小的网桥定为根桥。BID网桥的优先级+网桥MAC。网桥的优先级为可配置，缺省值为32768。在缺省情况下，根桥将由MAC地址最小的网桥担任。,11,如何确定根桥（2）,12,如何确定根桥（3）
5、,13,如何确定根桥（4）,14,如何确定根桥（5）,15,如何确定根桥（6）,16,如何计算STP Path Cost,Path Cost的两种定义标准,SpeedLink type802.1D cost802.1t cost10MbpsHalf Duplex1002,000,000Full Duplex951,999,999Aggregated link901,000,000100MbpsHalf Duplex19200,000Full Duplex18199,999Aggregated Link15100,0001000MbpsFull Duplex420,000Aggregated L
6、ink310,000,17,如何决定BPDU配置消息的优劣,比较RID(Root Bridge ID)，确定网络同步。RID相同，比较Path Cost（到根桥距离），越小越优。RID/Path Cost相同，比较指定桥的BID(Designated Bridge ID)，越小越优。RID/Path Cost/DBID相同，比较指定端口的ID(Designated Port ID)，越小越优。,18,BPDU交换过程,19,BPDU交换过程,20,BPDU交换过程,21,BPDU交换过程,22,BPDU交换过程,23,BPDU交换过程,24,确定网桥端口角色,BPDU报文中总是携带网桥到根桥的
7、最优值。通过BPDU配置消息来决定端口的角色：根端口：网桥各个端口中到根桥最近的端口。指定端口：网桥的端口发送的BPDU配置消息较接收的BPDU配置消息更优，则端口为指定端口。可选端口：网桥的端口发送的BPDU配置消息较接收的BPDU配置消息更差，则端口为可选端口。,25,确定网桥端口角色,26,确定阻断端口,BPDU:Root Switch=0001Cost to Root=3,RP ROOT PORT,Switch A BID=0001,Switch C BID=1045,Switch B BID=0050,Im the Root SwitchLowest Cost to Root=0,S
8、witch D BID=0030,BPDU:Root Switch=0001Cost to root=3,BPDU:Root Switch=0001Cost to Root=0,BPDU:Root Switch=0001Cost to Root=11,BPDU:Root Switch=0001Cost to Root=7,BPDU:Root Switch=0001Cost to Root=11,BPDU:Root Switch=0001Cost to Root=3,BPDU:Root Switch=0001Cost to Root=7,BPDU:Root Switch=0001Cost to
9、Root=0,Root Switch is 0001 Lowest Cost to Root=3,Root Switch is 0001 Lowest Cost to Root=7,Root Switch=0001 Lowest Cost to Root=11,Cost to Root=7,Cost to Root=11,Cost to Root=21,Cost to Root=11,Cost to Root=3,Cost to Root=18,BPDU:Root Switch=0001Cost to Root=7,DP DESIGNATED PORT,DP,RP,DP,RP,DP,DP,Co
10、st to Root=29,Cost to Root=15,27,确定阻断端口,28,思考题?,问题1：哪个端口将被阻断？问题2：如果所有的PathCost都相同，哪个端口将被阻断？,29,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STP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。,30,站
11、点的相对位置发生变化,31,拓扑改变消息中标志位的使用,DMA,LLC Header,SMA,L/T,Payload,Topology Change,Topology Change Acknowledgment,FLAG标志位中1至6位保留。,32,拓扑改变消息的传播,1.拓扑改变的触发条件有两个：a)当Forwarding端口转变为其他状态时；b)某端口变为Forwarding状态，且交换机具备DP（交换机为非独立交换机）。2.检测到拓扑变化的交换机以HelloTime为周期持续在根端口上向外发送TCN报文，到接收到TCA为止。2.收到TCN后，Root Bridge 发送的BPDU报文中的
12、TC位将被置位，维持时间为ForwardDelay+MaxAge。,33,STP端口状态,34,STP端口状态迁移,35,STP定时器,STP定时器.Hello Timer:根桥生成BPDU配置消息的周期，缺省时间为2秒钟。Forward Delay:配置消息传播到全网的最大时延。缺省为15秒钟。Message Age:从根桥生成BPDU配置消息开始，到当前时间为止配置消息的存活时间。Max Message Age:BPDU配置消息存活的最大时间。,36,STP的不足,缺省情况下一个端口从Blocking状态过渡到Forwarding状态至少需要30秒钟（两倍的Forward Delay）。对
13、于一个拓扑不稳定网络，会导致网络的长时间中断。,37,课程内容,第一章 STP(802.1D)协议原理第二章 RSTP(802.1W)协议原理第三章 MSTP(802.1S)协议原理第四章 STP的相关配置第五章 STP的保护措施,38,RSTP协议原理,新的端口角色和状态新的BPDU报文结构RSTP的重大改进新的拓扑变化通告机制与802.1D的兼容RSTP的不足,39,RSTP的端口状态,40,RSTP的端口角色,Root Port根端口。Designated Port指定端口。Alternate Port可选端口。Backup Port备份端口。,41,RSTP的BPDU格式,DMA,LL
14、C Header,SMA,L/T,Payload,协议版本由0 x00变为0 x02,42,RSTP的重大改进一,改进一：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，在新拓扑结构中的根端口可以立刻进入转发状态。,43,网络边缘的端口，即直接与终端相连，而不是和其它网桥相连的端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时。,RSTP的重大改进二,44,RSTP的重大改进三,改进三：增加了网桥之间的协商机制Proposal/Agreement。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。其中Proposal报文为正常的BPDU报文，
15、且Proposal Bit位置位。Agreement报文为Proposal报文的拷贝，且以Agreement Bit代替Proposal Bit位置位。,45,协商必须在点对点链路上进行。（全双工链路）.两种端口状态不受协商机制影响：可选端口（Alternated Port).边缘端口（Edge Port).,协商机制的要求,46,RSTP的改进效果,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：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。第三种改进的效果：网络连通性可以在交换两个配置消息的时间内恢复，即握
16、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。,47,RSTP拓扑改变消息的传播,回顾一下STP的TCN传播-STP拓扑改变分为两部分：利用TCN BPDU将拓扑变化上报到根桥。根桥通过将FLAG中的TC比特置位（持续时间Max Age)，通知所有其它交换机。,48,RSTP拓扑改变消息的传播,拓扑改变检测：只有非边缘端口转变为Forwarding状态时，产生拓扑改变。检测到拓扑改变后的动作：在两倍Hello时间内向所有指定端口和根端口发送TC置位BPDU报文。清除从以上端口学习的MAC地址。拓扑改变传播
17、：不再使用TCN报文。报文传送更直接迅速。,49,与802.1D相兼容,802.1W与802.1D相兼容：RSTP的端口在三秒钟定时器后接收到STP的报文，则端口协议将切换到STP协议。切换到STP协议的RSTP端口将丧失快速收敛特性。出现STP与RSTP混用的情况，建议将STP设备放在网络边缘。,50,RSTP协议的不足,802.1W与802.1D相比有了巨大的进步，他解决了交换网络的快速收敛问题。但RSTP和STP还存在一个共同的不足，就是两种协议都是单生成树协议，不能形成基于VLAN的多生成树协议，在如右图所示的环境下不能实现链路的分担。,51,课程内容,第一章 STP(802.1D)协
18、议原理第二章 RSTP(802.1W)协议原理第三章 MSTP(802.1S)协议原理第四章 STP相关配置第五章 STP的保护措施,52,MSTP协议原理,STP/RSTP/MSTP的比较MSTP的BPDU报文结构MSTP的基本概念端口状态和端口角色MSTP的工作原理,53,STP/RSTP/MSTP的比较,生成树目前包含三种协议：单生成树协议（STP）协议版本号为 0快速生成树协议（RSTP）协议版本号为 2多生成树协议（MSTP）协议版本号为 3,54,STP/RSTP/MSTP的比较,STP的特性形成一棵无环路的树：解决广播风暴并实现冗余备份RSTP的特性形成一棵无环路的树：解决广播风
19、暴并实现冗余备份快速收敛MSTP的特性形成一棵无环路的树：解决广播风暴并实现冗余备份快速收敛形成多棵生成树实现负载均衡,55,STP/RSTP/MSTP的比较,一个交换机可能被包含在多个生成树实例中各多生成树实例相互独立转发数据,56,MSTP的基本概念,57,MSTP的基本概念,CST：公共生成树（Common spanning tree）。IST内部生成树（Internal spanning tree）。内部生成树是多生成树的一个特殊实例（instance ID=0）.这个实例做为CIST的一部分不管配置与否永远存在。CIST公共内部生成树（Common and internal span
20、ning tree）。公共内部生成树是由所有IST，STP交换机和RSTP交换机组成的一棵贯穿整个网络的树。MSTI多生成树实例（Multiple spanning tree instance）。每一个MSTI都有唯一的实例ID标识（ID取值范围为116）。,58,MSTP的基本概念,MST区域（MST region）域名（Region name）。修正级别（Revision level）(目前保留)。实例和VLAN的映射。所有拥有相同域配置（region-configuration）的MSTP交换机必须连续。总根（CIST Root）由网络中所有交换机竞选出的优先级最高的交换机成为总根。域根
21、（Region Root）在一个域内拥有相同域配置的MSTP交换机为某一多生成树实例竞选出的优先级最高的交换机成为该生成树实例的域根。主交换机（Master Bridge）主交换机也就是IST Master，它是域内距离总根最近的交换机。,59,MSTP端口角色-CIST,60,MSTP端口角色-CIST,根端口/主端口（Root Port/Master Port）交换机上到总根具有最短路径的端口成为根端口（Root Port），如果该交换机是主交换机，则相应的根端口为该域的主端口。根端口负责向总根转发数据流量指定端口（Designated Port）局域网上到总根具有最短路径的端口成为指定端
22、口指定端口负责为所在的局域网转发数量流量可选端口（Alternate Port）局域网上处于备份地位的端口成为可选端口可选端口不转发数据流量备份端口（Backup Port）交换机上连接到自己且端口状态为丢弃的端口成为备份端口,61,MSTP端口角色/状态与行为,Root/Master port根端口具有三种端口状态：Discarding：接受BPDU，不转发业务数据包Learning：接受和发送BPDU，但不转发业务数据包Forwarding：转发所有数据包Designated port指定端口具有三种端口状态：Discarding：接受BPDU，不转发业务数据包Learning：接受和发送
23、BPDU，但不转发业务数据包Forwarding：转发所有数据包Alternated port只有一种端口状态：discarding接受BPDU，不转发业务数据包Backup port只有一种端口状态：discarding接受BPDU，不转发业务数据包,62,MSTP工作原理-BPDU格式,63,MSTP工作原理-BPDU比较原则,MSTP配置消息优劣比较原则:CIST RootBridgeIDExternal Root Path Cost:ERPCRegional Root IDInternal Root Path Cost:IRPCDesignatedBridgeIDDesignatedP
24、ortID,64,MSTP工作原理-端口角色确定,选择总根具有最小桥ID的交换机成为总根选择IST Master（针对MST域）域内具有最小外部根路径值的交换机成为主交换机选择根端口接受最优配置消息的端口成为根端口选择指定端口LAN上具有最优端口优先级向量的端口成为指定端口选择端口端口发送的配置消息劣于接受到的配置消息的端口成为选择端口备份端口端口发送的配置消息劣于接受到的配置消息，且接受到的配置消息来源于本交换机。,65,MSTP端口角色-CIST,66,MSTP工作原理-MSTI,MSTI生成树的形成：选择域根域内相应实例内具有最小BridgeID的交换机成为域根 选择根端口，指定端口，选
25、择端口和备份端口上述端口的选择和CIST类似注意：MSTI的优先级向量不包括CIST RootBridge和ERPC如 RegionRoot:IRPC:DB:DP最优优先级向量的比较和CIST的类似,67,MSTP的工作原理-MSTI,68,MSTP工作原理-MSTI实例,69,Region 3,MSTP的工作原理-MSTI,Region 1,Region 4,CST,Revision level:0VLAN mapping:VLAN 3 to Instance 3VLAN 5 to Instance 5VLAN others to IST,Revision level:0VLAN mappi
26、ng:VLAN 2 to Instance 2VLAN 4 to Instance 4VLAN others to IST,Revision level:0VLAN mapping:VLAN 2 to Instance 2VLAN 3 to Instance 3VLAN others to IST,Revision level:0VLAN mapping:VLAN 4 to Instance 4VLAN 5 to Instance 5VLAN others to IST,CIST ROOT,Region 2,M/R Port,DP,M/R Port,DP,AP,M/R Port,70,MSTP
27、工作原理-MSTI实例,71,Region 3,MSTP的工作原理-MSTI,Region 1,Region 4,CST,Revision level:0VLAN mapping:VLAN 3 to Instance 3VLAN 5 to Instance 5VLAN others to IST,Revision level:0VLAN mapping:VLAN 2 to Instance 2VLAN 4 to Instance 4VLAN others to IST,Revision level:0VLAN mapping:VLAN 2 to Instance 2VLAN 3 to Inst
28、ance 3VLAN others to IST,Revision level:0VLAN mapping:VLAN 4 to Instance 4VLAN 5 to Instance 5VLAN others to IST,CIST ROOT,Region 2,M/R Port,DP,M/R Port,DP,AP,M/R Port,72,MSTP工作原理-MSTI实例,73,Region 3,MSTP的工作原理-MSTI,Region 1,Region 4,CST,Revision level:0VLAN mapping:VLAN 3 to Instance 3VLAN 5 to Insta
29、nce 5VLAN others to IST,Revision level:0VLAN mapping:VLAN 2 to Instance 2VLAN 4 to Instance 4VLAN others to IST,Revision level:0VLAN mapping:VLAN 2 to Instance 2VLAN 3 to Instance 3VLAN others to IST,Revision level:0VLAN mapping:VLAN 4 to Instance 4VLAN 5 to Instance 5VLAN others to IST,CIST ROOT,Re
30、gion 2,M/R Port,DP,M/R Port,DP,AP,M/R Port,74,MSTP工作原理-MSTI实例,75,MSTP的工作原理-MSTI,76,MSTP的工作原理-MSTI,77,MSTP的工作原理-MSTI,78,课程内容,第一章 STP协议原理第二章 RSTP协议原理第三章 MSTP协议原理第四章 STP相关配置第五章 STP的保护措施,79,STP相关配置-开启STP,生成树在交换机缺省是关闭的，如果组网中可能存在路径回环，则要通过命令开启生成树功能：Quidway stp enable如果确定某个端口连接的部分不存在回路，则可以通过命令关闭该端口的生成树功能：Qu
31、idway-Ethernet0/1 stp disable也可以根据需要关闭交换机的生成树功能,或者开启某个端口的生成树功能。,80,STP相关配置-MSTP,大多数交换机的缺省STP模式为RSTP，可以通过命令改变：Quidway stp mode stp,rstp,mstp配置生成树实例：Quidway stp region-configuration-进入域配置。SwitchA-mst-regionregion-name test-配置域名。SwitchA-mst-regioninstance 1 vlan 10 to 20-配置STP多实例与VLAN映射关系。SwitchA-mst-r
32、egionactive region-configuration-激活域配置,81,STP/MSTP相关配置-可配参数,生成树可配置参数包括:网桥的优先级（BridgePriority）端口的优先级（PortPriority）端口对应链路的路径开销（PortPathCost）三个重要的定时器参数（HelloTime/Max Age/ForwardDelay）整个交换网络的直径（BridgeDiameter）,82,STP/MSTP相关配置,83,STP配置-选取合适的根桥,网桥ID由两部分组成:BridgePriority+BridgeMacAddress如果网络中的所有交换机都在缺省配置下，
33、根据配置消息比较原则，MAC地址最小的交换机被选为根桥，但是该交换机未必是理想的根桥，可以通过命令配置Bridge Priority将合适的交换机推举为根桥Quidway stp priority bridge-priority,84,STP配置-配置端口开销,从本网桥到根桥的路径上所有经过端口的端口开销之和为根路径开销，可以通过命令来改变端口开销的值Quidway-Ethernet0/1 stp cost cost,85,STP相关配置-端口优先级,根据配置消息比较原则，有时候会比较端口ID端口ID由两部分组成:PortPriority+PortIndex，其中端口优先级部分是可配置的，命令
34、格式为:Quidway-Ethernet0/1 stp port priority port-priority,LAN,平行链路,多个端口连接到一个网段,86,STP相关配置-Hello time,hello time的配置需要注意：较长的hello time可以降低生成树计算的消耗；较短的hello time可以在丢包率较高的时候，增强生成树的健壮性。但是，过长的hellotime会导致链路故障的错误判断；过短的hellotime会导致频繁发送配置消息，增大CPU和网络负担。命令格式为：Quidway stp timer hello centiseconds,87,STP相关配置-Max A
35、ge,max age的配置需要注意：过长的Max Age会导致链路故障不能被及时发现；过短的Max Age可能会在网络拥塞的时候使交换机误认为链路故障，造成频繁的生成树重新计算。命令格式为：Quidway stp timer max-age centiseconds,88,STP相关配置-Forward Delay,forward delay的配置需要注意：过长的Forward Delay会导致生成树的收敛太慢；过短的Forward Delay可能会在拓扑改变的时候，引入暂时的路径回环。命令格式为：Quidway stp timer forward-delay centiseconds,89,
36、STP相关配置-网络直径,网络直径的定义为：任意两台终端设备之间通过的交换机数目的最大值改变网络直径会间接影响到Max Age和Forward Delay这两个参数的值，而且这种影响比直接手工配置两个参数较为客观。所以当网络中加入交换机可以通过改变网络直径参数来达到适应网络状况的目的。命令格式为：Quidway stp bridge-diameter bridgenum,90,STP监控与维护,显示生成树协议统计和状态信息的命令：display stp interface interface_list 清除生成树协议统计和状态信息的命令：reset stp interface interfac
37、e_list,91,课程内容,第一章 STP协议原理第二章 RSTP协议原理第三章 MSTP协议原理第四章 STP相关配置第五章 STP的保护措施,92,STP的保护措施,BPUD-ProtectionRoot-ProtectionLoop-DetectionLoop-ProtectionDLDU,93,BPDU-Protection,94,Root-protection,95,Loop Dection,96,Loop-protction,97,DLDU-单通故障检测,98,总结,STP协议：形成一棵无环路的树：解决广播风暴并实现冗余备份RSTP协议：形成一棵无环路的树：解决广播风暴并实现冗余备份，快速收敛MSTP协议：形成一棵无环路的树：解决广播风暴并实现冗余备份，快速收敛，形成多棵生成树实现负载均衡生成树协议相关配置STP/RSTP/MSTP的保护机制,华为3Com技术有限公司,华为3Com公司网址:华为3Com技术论坛网址:,
