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生成树协议

生成树协议. 本章内容. STP 回顾 RSTP 端口状态与角色 RSTP 快速过渡机制 RSTP 拓扑变更机制 RSTP 兼容性 配置 RSTP 传统生成树技术的问题 MSTP 基本概念 配置 MSTP. 课程议题. STP 回顾. STP 概念. STP IEEE 802.1d 二层网络中环路 冗余链路 提高网络的稳定性 STA 生成树算法. BPDU 报文. STP 交换机利用 BPDU 报文来交换信息 BPDU 报文有两种类型

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生成树协议

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Presentation Transcript

  1. 生成树协议

  2. 本章内容 • STP回顾 • RSTP端口状态与角色 • RSTP快速过渡机制 • RSTP拓扑变更机制 • RSTP兼容性 • 配置RSTP • 传统生成树技术的问题 • MSTP基本概念 • 配置MSTP

  3. 课程议题 STP回顾

  4. STP概念 • STP • IEEE 802.1d • 二层网络中环路 • 冗余链路 • 提高网络的稳定性 • STA生成树算法

  5. BPDU报文 • STP交换机利用BPDU报文来交换信息 • BPDU报文有两种类型 • 配置BPDU：由根交换机周期性的发出，包括根网桥ID、发送网桥ID、链路开销、时间间隔等参数 ，非根网桥收到后修改参数进行转发。 • TCN（opology Change Notigication,拓扑变更通知 ）：交换机检测到拓扑变更后，向根交换机的方向发送TCN报文，通知拓扑变更。

  6. BPDU(网桥协议数据单元） Protocol ID Protocol ID:协议号，目前都是0 Version Version：版本号,802.1D的版本号是0 Message Type Flags Message Type:消息类型，指名为配置BPDU还是TCN BPDU Root ID Cost of Path Flags:表明此报文是TC报文还是TCA报文 Bridge ID Port ID Root ID:根交换机ID Message Age Cost of Path：到根交换机的路径开销 Maximum Time Hello Time Bridge ID：发送交换机的ID Forward Delay

  7. BPDU(网桥协议数据单元） Protocol ID(协议号) Port ID:发送BPDU端口的ID Version(版本号) Message Age：消息寿命，每经过一个交换机递增1，为各网桥到达根交换机的跳数 Message Type(字段) Flags(标志位) Maximum Time:当一段时间未收到任何BPDU，生存期达到Max Age时，网桥则认为该端口连接的链路发生故障。默认20秒 Root ID(根网桥ID) Cost of Path(最短路径开销) Bridge ID(发送网桥ID) Hello Time:发送BPDU的周期,默认2秒 Port ID(发送BPDU端口ID) Message Age消息寿命 Forward Delay：BPDU全网传输延迟,默认15秒 Maximum Time(最大时间) Hello Time(发送BPDU间隔) Forward Delay

  8. BPDU报文

  9. 端口状态 • 生成树端口的四种状态 • Blocking (阻塞状态) • 接收BPDU，不学习MAC地址，不转发数据帧 • Listening(监听状态) • 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(学习状态) • 接收和发送BPDU,学习MAC地址，不转发数据帧 • Forwarding(转发状态) • 正常转发数据帧

  10. 20秒最大生存时间 15秒转发延时 15秒转发延时 生成树协议端口的状态 Block 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。 Listening learning Forwarding

  11. STP定时器 • Hello time：根交换机发送BPDU报文的时间间隔就是Hello time， 默认为2s。这个时间也可以通过配置修改，但是通常不建议修改。 • Max-age：如果交换机发现某个根端口一段时间都没有收到BPDU报文则认为网络中拓扑发生变化，则向根交换机发送TCN（拓扑变更通知）BPDU报文，这段时间就是最大生存时间，默认为20s。 • Forward delay time：转发延迟时间。这个时间是端口停留在监听状态和学习状态的时间。默认情况下，延迟时间为15s，该定时器也可以通过配置修改。

  12. TCN BPDU • 当有以下几种情况出现时交换机发送TCN BPDU报文 • 处于转发状态或监听状态的端口，状态变为阻塞 • 处于未启用状态的端口进入转发状态，并且交换机上有其他的转发端口 • 交换机从指定端口收到TCN BPDU报文

  13. TCN BPDU • 当网络拓扑发生变化时，交换机会从自己的指定端口向外发送TCN BPDU报文 • 接收到TCN BPDU报文的交换机向发送者发送TCA报文 • 根交换机接收到TCN BPDU报文向网络中发送TC BPDU • 收到TC BPDU的交换机将MAC地址表老化时间设为15s（正常是300秒）

  14. TCN BPDU A 根交换机 4 3 5 B 5 C 6 6 D 1 2 E TCN TCA TC F

  15. 课程议题 RSTP端口状态与角色

  16. STP存在的问题 • STP收敛速度过慢 • 通常运行STP的网络的收敛速度达到30-50s • 一些动态路由协议如OSPF可提供1s以内的收敛时间 • STP不具有竞争性 STP：收敛时间50s OSPF：收敛时间1s

  17. RSTP概念 • IEEE 802.1w RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议）对于STP技术的改进主要在于缩短网络的收敛时间。RSTP的收敛时间最快可以达到1s以内。 • RSTP具有向下兼容的特性，如果网络中部分交换机运行STP，那么运行RSTP的交换机会自动以STP方式运行。

  18. RSTP端口状态 • 相对与STP，由于RSTP省去了很多中间状态，使得端口状态更简单。

  19. RSTP端口角色 • 根端口（Root Port）：根端口处于非根交换机上，根端口是本地交换机距离根交换机最近地端口。非根交换机通过根端口接收BPDU。 • 指定端口（Designated Port）：RSTP的指定端口也和STP中的一样，指定端口是以太网段用于转发数据的端口。 • 替代端口（Alternate Port）：替代端口是RSTP中新引入的端口角色，作为根端口的备份端口。替代端口可以接收BPDU报文但是不转发数据。 • 备份端口（Backup Port）：RSTP中的备份端口作为指定端口的备份端口，可以接收BPDU报文但是不转发数据。

  20. RSTP端口角色 • 在上图所示拓扑中，各端口角色如图中标注

  21. 课程议题 RSTP快速过渡机制

  22. RSTP BPDU格式 • 在RSTP中，对BPDU报文中的flag字段做了大量的调整，将STP中未使用的位都使用起来。 • RSTP中，根交换机与非根交换机都会发送BPDU报文。

  23. RSTP快速过渡机制 • 边缘端口：当链路发生转变时，边缘端口不会产生拓扑变更通知。如果边缘端口接收到BPDU报文，那么它会立即从边缘端口的状态进入到正常生成树端口。 • 链路类型：在RSTP中，将链路分为两种类型，点到点链路类型和共享式链路类型。默认情况下，如果端口工作在全双工模式下，那么认为它是点到点的链路类型，如果端口工作在半双工的工作模式，那么认为它是共享式的链路类型。

  24. RSTP快速过渡机制 • 连接主机的端口通常配置为边缘端口

  25. RSTP快速过渡机制 • 在初始状态，交换机端口处于学习状态，互相发送提议 BPDU

  26. RSTP快速过渡机制 • 交换机B收到A发送的提议BPDU，发现此BPDU报文为上级BPDU，那么会认为自己的接收端口是根端口。 • 交换机B向交换机A发送协定 BPDU报文，当A收到协定报文后，端口立即进入转发状态。此时交换机B的根端口也进入转发状态。

  27. RSTP快速过渡机制 • 交换机B从学习状态的指定端口发送提议BPDU报文。 • 交换机C回复协定BPDU，那么交换机B的指定端口进入转发状态，C交换机上根端口进入转发状态。

  28. RSTP拓扑变更机制 • 拓扑发生时，交换机向网络中扩散TC BPDU报文 • 收到TC BPDU报文的交换机将自己的MAC地址表生存时间设短

  29. RSTP兼容性 • RSTP 协议会根据收到的BPDU 版本号来自动判断与之相连的网桥是支持STP 协议还是支持RSTP 协议。如果收到STP BPDU就按照STP 的操作方式运行。 • 存在的问题: • 如果网络中有一台运行STP的交换机，会导致所有的交换机都以STP方式运行。

  30. RSTP兼容性 • RSTP 协议提供了protocol-migration 功能来强制发送RSTP BPDU • 交换机A强制发送RSTP BPDU，交换机C发现与之互连的网桥是支持RSTP的，这时两台交换机就都以RSTP 协议运行了

  31. 课程议题 配置RSTP

  32. 配置RSTP——基本配置 • 步骤1：进入全局模式 • Switch#configure terminal • 步骤2：开启生成树协议 • Switch(config)#spanning-tree • 锐捷交换机上，默认状态下STP协议是关闭的，需要用命令打开 • 步骤3：配置生成树模式 • Switch(config)#spanning-tree mode { mstp | rstp | stp }

  33. 配置RSTP——配置链路类型 • 步骤1：进入需要配置的端口 • Switch(config)#interface interface • 步骤2：配置端口链路类型 • Switch(config-if)#spanning-tree link-type { point-to-point | shared } • 可以根据需要将端口配置为点对点模式或共享模式，point-to-point为点对点模式，shared为共享模式。

  34. 配置RSTP——配置RSTP版本检查 • 对所有端口进行强制版本检查： • Switch#clearspanning-tree detected-protocols • 对特定端口进行强制版本检查 • Switch#clear spanning-tree detected-protocols interface interface

  35. 配置RSTP——配置PortFast 端口 • 启用接口的PortFast特性： • Switch(config-if)#spanning-tree portfast • 禁用接口的PortFast特性： • Switch(config-if)#spanning-tree portfast disable • 使所有接口启用PortFast特性： • Switch(config)#spanning-tree portfast default • 查看接口PortFast特性的状态 • Switch#showspanning-tree interface interface

  36. 课程议题 传统生成树的问题

  37. 传统生成树的问题 • STP和RSTP，在网络中进行生成树计算的时候都没有考虑到VLAN的情况 • 传统生成树的计算结果可能会导致VLAN之间通信的链路被阻断 • 例如上图中的switchA和switchC之间的链路被阻断

  38. 课程议题 MSTP区域与实例

  39. 多生成树协议(MSTP) • 多生成树协议MSTP

  40. 多生成树实例 • Instance:一台交换机的一个或多个Vlan的集合 • 因为很多Vlan采用一个Vlan实例，可实现预期的负载均衡 • 交换机只运行二个实例，减少交换机系统的资源

  41. 多生成树协议的区域 • MST region：有着相同instance 配置的交换机组成的域，运行独立的生成树（IST，internal spanning-tree）

  42. 多生成树协议的区域 • MST region的划分 • MST配置名称（name）:最长可用32 个字节长的字符串来标识MSTP region。 • MST revision number：用一个16bit 长的修正值来标识MSTP region。 • MST instance—vlan 的对应表：每台交换机都最多可以新增64 个instance，instance 0 是强制存在的，用户还可以按需要分配1-4094 个vlan 属于不同的instance（0－64），未分配的vlan 缺省就属于instance 0 • Instance 0 所对应的生成树称之为CIST(Common Instance Spanning Tree) • 同一个MST区域的交换机的以上配置属性必须相同

  43. MSTP术语 • 在MSTP网络中，会形成很多的生成树，包括MSTI生成树、IST、CIST、CST。 • MSTI生成树：每个Instance中的生成树叫做MSTI（Multiple Spanning-Tree Instance）生成树。 • IST：IST（Internal Spanning Tree）是MST区域内的一个生成树。IST实例使用编号0。IST使整个MST区域从外部上看就像一个虚拟的网桥。 • CST：CST（Common Spanning Tree）是连接交换网络内部的所有MST区域的一个生成树。每个MST区域对于CST 来说相当于一个虚拟的网桥。如果将MST区域视为一个网桥，那么CST就是这些“网桥”通过STP或RSTP计算出来的一个生成树。 • CIST：IST和CST共同构成了整个网络的CIST（Common and Internal Spanning Tree），它相当于每个MST区域中的IST、CST以及802.1d网桥的集合。STP和RSTP会为CIST选举出CIST的根。

  44. MSTP术语 • 实例1和实例2各自运行本实例的生成树，称为MSTI生成树 • 在整个区域A中所有的交换机运行一个生成树，称为IST • 区域A和区域B各自被视为一个网桥，在这些“网桥”间运行的生成树被称为CST

  45. 课程议题 配置MSTP

  46. 配置MSTP——MSTP基本配置 • 步骤1：启用生成树 • Switch(config)#spanning-tree • 步骤2：选择生成树模式为MSTP • Switch(config)#spanning-tree mode mstp • 在锐捷交换机中，默认情况下，当启用生成树后，生成树的运行模式为MSTP。

  47. 配置MSTP——MSTP属性配置 • 步骤1：进入全局配置模式 • Switch#configure terminal • 步骤2：进入MSTP配置模式 • Switch(config)#spanning-tree mst configuration • 步骤3：在交换机上配置VLAN与生成树示例的映射关系 • Switch(config-mst)#instanceinstance-idvlan vlan-range

  48. 配置MSTP——MSTP属性配置 • 步骤4：配置MST区域的配置名称 • Switch(config-mst)#name name • 步骤5：配置MST区域的修正号 • Switch(config-mst)#revision number • 参数的取值范围是0~65535，默认值为0。 • 步骤6：配置MST实例的优先级 • SwitchA(config)#spanning-tree mst instance priority number

  49. 配置MSTP——查看MSTP属性 • 看生成树的全局配置及状态信息 • Switch#show spanning-tree • 查看MSTP的配置结果 • Switch#show spanning-tree mst configuration • 查看特定实例的信息 • Switch#show spanning-tree mst instance • 查看特定端口在相应实例中的状态信息 • Switch#show spanning-tree mst instanceinterface

  50. 配置MSTP——实现负载分担 • 通过配置使得不同实例中具有不同的根交换机，可以实现负载分担

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