网络设备安装与调试chp17STP和RSTP课件.ppt

1、1生成树生成树协议协议Spanning Tree Protocol2 2 2教学目标（教学目标（Objectives ）1.冗余拓扑（冗余拓扑（Redundant Topologies）2.STP术语（术语（STP Terms）3.生成树操作（生成树操作（Spanning-Tree Operation）4.生成树操作规则（生成树操作规则（Spanning-Tree Operation Rules）5.生成树端口状态（生成树端口状态（Spanning-Tree Port States）3 3 3冗余（冗余（Redundancy）冗余网络拓扑确保网络持续工作，避免单点故障冗余网络拓扑确保网络持续工

2、作，避免单点故障Redundant networking topologies are designed to ensure that networks continue to function in the presence of single points of failure.4 4 4冗余拓扑（冗余拓扑（Redundant Topologies）5 5 5冗余拓扑（冗余拓扑（Redundant Topologies）6 6 6冗余拓扑（冗余拓扑（Redundant Topologies）7 7 7冗余拓扑（冗余拓扑（Redundant Topologies）1.冗余拓扑的目标是为了避免

3、网络出现单点故障冗余拓扑的目标是为了避免网络出现单点故障 A goal of redundant topologies is to eliminate network outages caused by a single point of failure.2.所有的网络需要冗余来提高可靠性所有的网络需要冗余来提高可靠性 All networks need redundancy for enhanced reliability.8 8 8简单的冗余交换拓扑简单的冗余交换拓扑（Simple Redundant Switched Topology）9 9 9简单的冗余交换拓扑简单的冗余交换拓扑（Si

4、mple Redundant Switched Topology）1.冗余拓扑消除了单点故障冗余拓扑消除了单点故障 Redundant topologies eliminate single points of failure.2.交换机对不知道地址的帧进行泛洪交换机对不知道地址的帧进行泛洪 Switches will flood frames for unknown destinations.3.交换机对广播和组播也进行泛洪。交换机对广播和组播也进行泛洪。Broadcasts and multicasts are also flooded.4.冗余交换拓扑或许会带来广播风暴、多帧拷贝以及冗余

5、交换拓扑或许会带来广播风暴、多帧拷贝以及MAC地址表不地址表不稳定的问题稳定的问题 A redundant switched topology may cause broadcast storms,multiple frame copies,and MAC address table instability problems.101010广播风暴（广播风暴（Broadcast Storm）111111多帧传输（多帧传输（Multiple Frame Transmissions）在冗余交换网络中，对终端设备来讲，收到多帧相同数据是可能的。在冗余交换网络中，对终端设备来讲，收到多帧相同数据是可能的

6、。In a redundant switched network it is possible for an end device to receive multiple frames.121212MAC地址表不稳定（地址表不稳定（MAC Database Instability）交换机从错误的接口学到交换机从错误的接口学到MAC地址。地址。A switch can learn that a MAC address is on a port when it is not.131313创建逻辑无环路拓扑创建逻辑无环路拓扑（Creating a logical loop free topology

7、）1.冗余增加了可靠性，但是同时将物理环路带进网络。冗余增加了可靠性，但是同时将物理环路带进网络。Reliability is increased by redundancy.redundancy connections introduce physical loops into the network.2.解决办法就是创建逻辑无环路拓扑，同时保留物理环存在解决办法就是创建逻辑无环路拓扑，同时保留物理环存在 The solution is to allow physical loops,but create a loop free logical topology.3.无环路拓扑称为树，并且是

8、可扩展的树。无环路拓扑称为树，并且是可扩展的树。The loop free logical topology created is called a tree.It is a spanning tree because all devices in the network are reachable or spanned.4.创建无环路拓扑的算法称为生成树算法。创建无环路拓扑的算法称为生成树算法。The algorithm used to create this loop free logical topology is the spanning-tree algorithm.141414ST

9、P术语（术语（STP Terms）1.桥桥ID(Bridge ID)2.开销（开销（Cost）3.桥协议数据单元（桥协议数据单元（BPDU）151515桥桥ID(Bridge ID)1.BID用来识别每一个交换机用来识别每一个交换机/网桥。网桥。2.BID用来确定网络的中心，在用来确定网络的中心，在STP中称为根桥。中称为根桥。3.优先级默认为优先级默认为32768The BID consists of a bridge priority that defaults to 32768161616开销（开销（Cost）最短路径是最短路径是cost累加，而累加，而cost是基于链路的速率的。是基于

10、链路的速率的。Shortest path is based on cumulative link costs.Link costs are based on the speed of the link.171717桥协议数据单元（桥协议数据单元（BPDU）1.交换机发送的创建逻辑无环路的数据包称为交换机发送的创建逻辑无环路的数据包称为BPDU The message that a switch sends,allowing the formation of a loop free logical topology,is called a Bridge Protocol Data Unit(BP

11、DU).2.BPDU在阻塞的接口上也可以接收，这确保如果链路在阻塞的接口上也可以接收，这确保如果链路或设备出现问题，新的生成树会被计算或设备出现问题，新的生成树会被计算 BPDUs continue to be received on blocked ports.This ensures that if an active path or device fails,a new spanning tree can be calculated.3.默认，默认，BPDU 2秒发送一次秒发送一次 By default BPDUs are sent every two seconds.181818 生成

12、树协议生成树协议(Spanning-Tree Protocol)191919生成树操作（生成树操作（Spanning-Tree Operation）202020生成树操作（生成树操作（Spanning-Tree Operation）1.选举根桥，选举根桥，BID最小即是最小即是 Select a single switch that will act as the root of the spanning tree 2.计算自己到根桥距离计算自己到根桥距离 Calculate the shortest path from itself to the root switch 3.选择根端口，距离

13、根桥最近的接口选择根端口，距离根桥最近的接口 Choose one of its ports as its root port,for each non-root switch.This is the interface that gives the best path to the root switch.4.选指定端口和非指定端口，非指定端口被阻塞。选指定端口和非指定端口，非指定端口被阻塞。Select ports that are part of the spanning tree,the designated ports.Non-designated ports are blocked

14、.212121生成树操作规则（生成树操作规则（Spanning-Tree Operation Rules）1.每个网络只有一个根桥每个网络只有一个根桥One root bridge per network.2.每个非根桥只有一个根端口每个非根桥只有一个根端口One root port per nonroot bridge.3.每个段只有一个指定端口每个段只有一个指定端口One designated port per segment.4.非指定端口不被使用非指定端口不被使用Nondesignated ports are unused.222222STP实例（实例（STP Example）2323

15、23生成树端口状态（生成树端口状态（Spanning-Tree Port States）242424生成树端口状态（生成树端口状态（Spanning-Tree Port States）1.在阻塞状态，端口仅能接收在阻塞状态，端口仅能接收BPDU,需要需要20秒改变这种秒改变这种状态状态 In the blocking state,ports can only receive BPDUs.It may take up to 20 seconds to change from this state.2.在侦听状态，交换机确定是否有到根桥的其它路径。在侦听状态，交换机确定是否有到根桥的其它路径。该状

16、态持续该状态持续15秒。在该状态，用户的数据不能转发，也秒。在该状态，用户的数据不能转发，也不能学习不能学习MAC地址。地址。In listening state,switches determine if there are any other paths to the root bridge.the forward delay and lasts for 15 seconds.In the listening state,user data is not being forwarded and MAC addresses are not being learned.252525生成树端口状

17、态（生成树端口状态（Spanning-Tree Port States）3.在学习状态，用户的数据不能转发，但是可以学习在学习状态，用户的数据不能转发，但是可以学习MAC地址，该状态持续地址，该状态持续15秒。秒。In learning state user data is not forwarded,but MAC addresses are learned from any traffic that is seen.The learning state lasts for 15 seconds and is also called the forward delay.4.在转发状态，用户数

18、据被转发，在转发状态，用户数据被转发，MAC地址继续学习，地址继续学习，BPDU仍然工作。仍然工作。In forwarding state user data is forwarded and MAC addresses continue to be learned.BPDUs are still processed.262626Case Study交换机保持默认的交换机保持默认的STP配置，哪个接口将被置为配置，哪个接口将被置为 block状态状态?272727思考题（思考题（Questions）1.环路的存在，会导致环路的存在，会导致 、和和 问题。问题。2.交换机的交换机的ID由由 和和

19、 组成。组成。3.选举根桥时，具有较选举根桥时，具有较 值的桥值的桥ID的交换机会成为根桥。的交换机会成为根桥。4.100M链路的新链路的新STP Cost为为 。5.STP收敛后收敛后 口和口和 口是处于转发状态的。口是处于转发状态的。6.决定指定口时，会按顺序考虑决定指定口时，会按顺序考虑 、和和 因素。因素。7.缺省时，转发延时为缺省时，转发延时为 秒，秒，Hello时间为时间为 秒，秒，BPDU的存活时间为的存活时间为 秒。秒。8.STP中，交换机的端口有中，交换机的端口有 、和和 状态。状态。28快速快速生成树生成树协议协议Rapid Spanning Tree Protocol29

20、2929教学目标（教学目标（Objectives ）1.RSTP的端口状态的端口状态2.RSTP的端口角色的端口角色3.RSTP的收敛过程的收敛过程4.RSTP的配置的配置303030Rapid Spanning Tree Protocol313131RSTP中的端口状态中的端口状态Port State端口状态端口状态Description描述描述Discarding 丢弃丢弃数据帧，不学习MAC地址Learning 学习丢弃数据帧，学习MAC地址Forwarding 转发转发数据帧，学习MAC地址STP 端口状态端口状态RSTP端口状态端口状态端口是否在活动拓端口是否在活动拓扑中扑中Bloc

21、kingDiscardingNoListeningDiscardingNoLearningLearningYesForwardingForwardingYesDisabledDiscardingNo323232RSTP端口角色端口角色STP 端口角色端口角色RSTP端口角端口角色色STP端口状端口状态态RSTP端口端口状态状态根口根口转发转发指定口指定口转发转发非指定口替代备份阻断丢弃关闭关闭-丢弃过渡过渡监听学习学习333333RSTP 链路类型链路类型链路类链路类型型DescriptionPoint-to-point 点对点全双工，用来连接另一交换机Shared 共享半双工，连接到共享介质

22、网络343434RSTP 边缘接口边缘接口不会有交换机连接到该接口不会有交换机连接到该接口和和PortFast功能类似功能类似通过通过spanning-tree portfast 命命令配置令配置(TCN).一旦收到一旦收到BPDU，接口立，接口立即失去边缘接口状态，成为普通即失去边缘接口状态，成为普通STP接口，并产生接口，并产生TCN（拓扑变（拓扑变化）通知。化）通知。353535RSTP BPDU 标志位标志位363636RSTP-新的新的BPDU处理机制处理机制1.BPDU在每个在每个Hello-time发送：发送：BPDU在每个在每个Hello-time时间间隔都会发时间间隔都会发送

23、，而不再仅仅传播（送，而不再仅仅传播（relay）。在）。在STP中，非根网桥只有在其中，非根网桥只有在其Root端口端口收到收到BPDU时，才产生时，才产生BPDU。事实上，网桥只是传播（。事实上，网桥只是传播（relay）BPDU，而不是生成而不是生成BPUD。在。在RSTP中不再是这样，网桥在每一个中不再是这样，网桥在每一个（默认（默认2秒）都会发送包含自己当前信息的秒）都会发送包含自己当前信息的BPDU，即便自己没有收到根，即便自己没有收到根网桥的网桥的BPDU。2.信息的快速老化：一个端口如果连续三次没有收到信息的快速老化：一个端口如果连续三次没有收到hello，协议信息就会，协议信

24、息就会立即老化（或者如果立即老化（或者如果max_age过期）。由于上面提到的协议修改，过期）。由于上面提到的协议修改，BPUD可以用作网桥之间的可以用作网桥之间的keep-alive机制。如果一个网桥连续没有收到三个机制。如果一个网桥连续没有收到三个BPDU，它就会认为自己已经和其直连的，它就会认为自己已经和其直连的Root或或Designated网桥失去连网桥失去连接。信息的快速老化可以快速的检测链路故障，如果一个网桥不能从其相接。信息的快速老化可以快速的检测链路故障，如果一个网桥不能从其相邻的设备收到邻的设备收到BPDU，它们之间的连接无疑已经断开了。这和，它们之间的连接无疑已经断开了。

25、这和STP是不同是不同的，这种问题在的，这种问题在STP中可能发生在通往根网桥的路径中的任何地方。中可能发生在通往根网桥的路径中的任何地方。373737RSTP Proposal and Agreement建议与同意建议与同意383838RSTP Topology Change(TC)Mechanism拓扑变化机拓扑变化机制制 只有非边缘接口进入转发状态才产生只有非边缘接口进入转发状态才产生TC（拓扑变化）；接口（拓扑变化）；接口接入到阻断状态不会产生接入到阻断状态不会产生TC BPDU。393939RSTP实验拓扑实验拓扑404040RSTP配置配置 S1(config)#spanning-

26、tree mode rapid-pvst S2(config)#spanning-tree mode rapid-pvst S3(config)#spanning-tree mode rapid-pvst S1(config)#int range fastEthernet0/23-24 S1(config-if-range)#duplex full S1(config-if-range)#spanning-tree link-type point-to-point S2(config)#int range fastEthernet0/23-24 S2(config-if-range)#dupl

27、ex full S2(config-if-range)#spanning-tree link-type point-to-point S3(config)#int range f0/3-24 S3(config-if)#switch mode access S3(config-if)#spanning-tree portfast 414141思考题（思考题（Questions）1.RSTP有什么优点？有什么优点？2.RSTP的端口状态有哪些？的端口状态有哪些？3.RSTP的端口角色有哪些？的端口角色有哪些？4.如何配置如何配置RSTP？42多多生成树生成树协议协议Multi Spanning

28、Tree434343教学目标（教学目标（Objectives ）1.MSTP的目的的目的2.MST区域和实例区域和实例3.MST的配置的配置444444MST Motivation：MST的动机的动机 1000VLAN，2个个MST实例实例 每个交换机只需要维护两个每个交换机只需要维护两个STP树，减少了所需的交换机资树，减少了所需的交换机资源源。Each switch maintains only two spanning trees,reducing the need for switch resources.454545MST InstancesMST实例实例 2个不同个不同STP树只要

29、求树只要求2个个MST实例（每实例（每500个个VLAN 1个个MST实例）。实例）。2 distinct STP topologies require 2 MST instances(500 per instance here).通过控制通过控制2个个MST实例，可以实现负载均衡。实例，可以实现负载均衡。Load-balancing works because half of the VLANs follow each separate instance.交换机交换机CPU负载低，因为只有负载低，因为只有2个个MST实例。实例。Switch utilization is low becaus

30、e it only has to handle two instances.464646MST RegionsMST区域区域所谓所谓“域域”，由域名，由域名(Configuration Name)、修订级别、修订级别(Revision Level)、格式选择器、格式选择器(Configuration Identifier Format Selector)、VLAN与实例的映射关系与实例的映射关系(Mapping of VIDs to Spanning Trees)。其中域名、格式选择器和修订级别在其中域名、格式选择器和修订级别在BPDU报文中都有相关字段，而报文中都有相关字段，而VLAN与实例

31、的映射与实例的映射关系在关系在BPDU报文中表现摘要信息报文中表现摘要信息(Configuration Digest)，该摘要是根据映射关系计算得，该摘要是根据映射关系计算得到的一个到的一个16字节签名。只有上述四者都一样且相互连接的交换机才认为在同一个域内。字节签名。只有上述四者都一样且相互连接的交换机才认为在同一个域内。474747MST RegionsMST区域区域整个整个MST域对外只呈现出一台交换机域对外只呈现出一台交换机/484848MST Use of Extended System IDMST使用扩展系统使用扩展系统ID MST carries the instance num

32、ber in the 12-bit Extended System ID field of the Bridge ID.MST在在12位的扩展系统位的扩展系统ID中承载了实例号中承载了实例号494949MSTP的的BPDU抓包抓包505050MSTP的的BPDU抓包抓包515151MST ConfigurationMST配置配置 Enable MST on switch.启用启用MSTSwitch(config)#spanning-tree mode mst Enter MST configuration submode.进入进入MST子模式子模式Switch(config)#spanning

33、-tree mst configuration Display current MST configuration.显示当前显示当前MST配置配置Switch(config-mst)#show current Name MST instance.命名命名MST实例实例Switch(config-mst)#name name Set the 16-bit MST revision number.设置设置16位的位的MST修订号修订号 Switch(config-mst)#revision revision_number525252MST Configuration(cont)MST配置（续）配置

34、（续）Map VLANs to MST instance.映射映射VLAN到到MST实例实例Switch(config-mst)#instance instance_number vlan vlan_range Apply configuration and exit MST configuration submode.退出退出MST配置子模式配置子模式Switch(config-mst)#exit Assign root bridge for MST instance.指定指定MST实例的根桥实例的根桥Switch(config)#spanning-tree mst instance_num

35、ber root primary|secondary535353MST Configuration ExampleSwitchA(config)#spanning-tree mode mstSwitchA(config)#spanning-tree mst configurationSwitchA(config-mst)#name XYZSwitchA(config-mst)#revision 1SwitchA(config-mst)#instance 1 vlan 11,21,31SwitchA(config-mst)#instance 2 vlan 12,22,32SwitchA(conf

36、ig)#spanning-tree mst 1 root primarySwitchB(config)#spanning-tree mode mstSwitchB(config)#spanning-tree mst configurationSwitchB(config-mst)#name XYZSwitchB(config-mst)#revision 1SwitchB(config-mst)#instance 1 vlan 11,21,31SwitchB(config-mst)#instance 2 vlan 12,22,32SwitchB(config)#spanning-tree mst

37、 2 root primary545454Verifying MST Configuration Example(1)检查检查MST配置（配置（1）Switch#configure terminalEnter configuration commands,one per line.End with CNTL/Z.Switch(config)#spanning-tree mode mstSwitch(config)#spanning-tree mst configurationSwitch(config-mst)#show currentCurrent MST configurationName

38、 Revision 0Instance Vlans mapped-Switch(config-mst)#name ciscoSwitch(config-mst)#revision 1Switch(config-mst)#instance 1 vlan 1-10Switch(config-mst)#show pendingPending MST configurationName ciscoRevision 1Instance Vlans mapped-0 11-40941 1-10Switch(config-mst)#end or abort0 1-4094555555Verifying MS

39、T Configuration Example(2)检查检查MST配置（配置（2）Switch#show spanning-tree mst#MST00 vlans mapped:5-4094Bridge address 0009.e845.6480 priority 32768(32768 sysid 0)Root this switch for CST and ISTConfigured hello time 2,forward delay 15,max age 20,max hops 20Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type-Fa3/24 Desg

40、FWD 2000000 128.152 ShrFa3/32 Desg FWD 200000 128.160 P2pFa3/42 BackBLK 200000 128.170 P2p#MST01 vlans mapped:1-2Bridge address 0009.e845.6480 priority 32769(32768 sysid 1)Root this switch for MST01Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type-Fa3/24 Desg FWD 2000000 128.152 ShrFa3/32 Desg FWD 200000 128.16

41、0 P2pFa3/42 Back BLK 200000 128.170 P2p#MST02 vlans mapped:3-4Bridge address 0009.e845.6480 priority 32770(32768 sysid 2)Root this switch for MST02Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type-Fa3/24 Desg FWD 2000000 128.152 Shr565656Verifying MST Configuration Example(3)检查检查MST配置（配置（3）Switch#show spanning-

42、tree mst 1#MST01 vlans mapped:1-2Bridge address 0009.e845.6480 priority 32769(32768 sysid 1)Root this switch for MST01Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type-Fa3/24 Desg FWD 2000000 128.152 ShrFa3/32 Desg FWD 200000 128.160 P2pFa3/42 Back BLK 200000 128.170 P2p575757Verifying MST Configuration Example

43、(4)检查检查MST配置（配置（4）Switch#show spanning-tree mst interface FastEthernet 3/24FastEthernet3/24 of MST00 is designated forwardingEdge port:no(default)port guard:none(default)Link type:shared(auto)bpdu filter:disable(default)Boundary:internal bpdu guard:disable(default)Bpdus sent 81,received 81Instance R

44、ole Sts Cost Prio.Nbr Vlans mapped-0 Desg FWD 2000000 128.152 5-40941 Desg FWD 2000000 128.152 1-22 Desg FWD 2000000 128.152 3-4585858Verifying MST Configuration Example(5)检查检查MST配置（配置（5）Switch#show spanning-tree mst 1 detail#MST01 vlans mapped:1-2Bridge address 0009.e845.6480 priority 32769(32768 s

45、ysid 1)Root this switch for MST01FastEthernet3/24 of MST01 is designated forwardingPort info port id 128.152 priority 128 cost 2000000Designated root address 0009.e845.6480 priority 32769 cost 0Designated bridge address 0009.e845.6480 priority 32769 port id 128.152Timers:message expires in 0 sec,for

46、ward delay 0,forward transitions 1Bpdus(MRecords)sent755,received 0FastEthernet3/32 of MST01 is designated forwardingPort info port id 128.160 priority 128 cost 200000Designated root address 0009.e845.6480 priority 32769 cost 0Designated bridge address 0009.e845.6480 priority 32769 port id 128.160Ti

47、mers:message expires in 0 sec,forward delay 0,forward transitions 1Bpdus(MRecords)sent 769,received 1FastEthernet3/42 of MST01 is backup blockingPort info port id 128.170 priority 128 cost 200000Designated root address 0009.e845.6480 priority 32769 cost 0Designated bridge address 0009.e845.6480 prio

48、rity 32769 port id 128.160Timers:message expires in 5 sec,forward delay 0,forward transitions 0Bpdus(MRecords)sent 1,received 769595959MSTP实验拓扑实验拓扑有两个有两个VLAN，实现负载均衡，实现负载均衡606060MSTP配置配置 S1(config)#spanning-tree mode mst S1(config)#spanning-tree mst configuration S1(config-mst)#name CISCO S1(config-m

49、st)#revision 1 S1(config-mst)#instance 1 vlan 1-2 S1(config-mst)#instance 2 vlan 3-4 S1(config-mst)#exit S1(config)#spanning-tree mst 1 priority 8192/配置配置S1为为MST实例实例1的根桥的根桥 S1(config)#spanning-tree mst 2 priority 12288616161MSTP配置配置 S2(config)#spanning-tree mode mst S2(config)#spanning-tree mst conf

50、iguration S2(config-mst)#name CISCO S2(config-mst)#revision 1 S2(config-mst)#instance 1 vlan 1-2 S2(config-mst)#instance 2 vlan 3-4 S2(config-mst)#exit S2(config)#spanning-tree mst 1 priority 12288 S2(config)#spanning-tree mst 2 priority 8192 /配置配置S2为为MST实例实例2的根桥的根桥626262配置配置CIST S1(config)#spanning