網(wǎng)絡考試-課件3.4stp生成樹協(xié)議

STP生成樹協(xié)議本章目標掌握生成樹協(xié)議STP的工作原理掌握PVST+的原理和配置掌握RSTP的工作原理和配置掌握使用STP協(xié)議實現(xiàn)VLAN的負載均衡交換機工作原理根據(jù)MAC地址表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，如果地址未知，則廣播ABaabbA查MAC地址表，目的地址在表中不存在A廣播這個數(shù)據(jù)幀C廣播風暴的產(chǎn)生當網(wǎng)絡中存在物理環(huán)路，會產(chǎn)生廣播風暴AaabbBCA查MAC地址表，目標地址在表中不存在，A廣播這個幀B與C查MAC地址表，未知目標地址，B與C廣播該幀形成雙向廣播環(huán)，廣播永遠不會停止，產(chǎn)生廣播風暴廣播風暴最終會導致網(wǎng)絡資源耗盡，交換機死機！現(xiàn)實中的環(huán)路STP協(xié)議介紹STP－SpanningTreeProtocol（生成樹協(xié)議）邏輯上斷開環(huán)路，防止廣播風暴的產(chǎn)生當線路出現(xiàn)故障，斷開的接口被激活，恢復通信，起備份線路的作用ABCSTP的算法STP將一個環(huán)形網(wǎng)絡生成無環(huán)拓樸的步驟：選擇根網(wǎng)橋（RootBridge）選擇根端口（RootPorts）選擇指定端口（DesignatedPorts）網(wǎng)橋是交換機的前身，由于STP是在網(wǎng)橋基礎上開發(fā)的，因此現(xiàn)在在交換機的網(wǎng)絡中仍然沿用網(wǎng)橋這一術(shù)語第一步：選擇根網(wǎng)橋選擇根網(wǎng)橋的依據(jù)網(wǎng)橋ID（BID）網(wǎng)橋ID是唯一的，交換機之間選擇BID值最小的交換機作為網(wǎng)絡中的根網(wǎng)橋選擇根網(wǎng)橋的目的是為了給將生成的樹形結(jié)構(gòu)確定一個樹根網(wǎng)橋優(yōu)先級網(wǎng)橋的MAC地址2字節(jié)6字節(jié)取值范圍：0～65535缺省值：32768STP選擇根網(wǎng)橋舉例根據(jù)網(wǎng)橋ID選擇根網(wǎng)橋ABC優(yōu)先級：4096

MAC地址：000d.2800.b100優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b101優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b102RootBridge下一步：選擇根端口以本拓樸為例，介紹STP的計算過程選擇根端口的依據(jù)在非根網(wǎng)橋上選擇一個到根網(wǎng)橋最近的端口作為根端口選擇根端口的依據(jù)是：根路徑成本最低根路徑成本是網(wǎng)橋到根網(wǎng)橋的路徑上所有鏈路成本之和直連的網(wǎng)橋ID最小端口ID最小RootBridge路徑成本：19路徑成本：100CBAPort1C的Port1根路徑成本＝19＋100＝119路徑成本規(guī)定路徑成本根據(jù)鏈路帶寬的高低規(guī)定鏈路帶寬（Mb/s）路徑成本10100166245391001915514622610004100002端口ID端口ID的組成

端口優(yōu)先級

端口編號

8位8位取值范圍：0～255缺省值：128100MSTP選擇根端口舉例在非根橋上，選擇一個根端口（RP）ABC優(yōu)先級：4096

MAC地址：000d.2800.b100優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b101優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b102RootBridge下一步：選擇指定端口100M100MRootPortRootPort在B和C上，到達A最近的端口是B和C的根端口選擇指定端口的依據(jù)在每個網(wǎng)段上，選擇1個指定端口根橋上的端口全是指定端口非根橋上的指定端口：根路徑成本最低端口所在的網(wǎng)橋的ID值較小端口ID值較小

端口優(yōu)先級

端口編號

8位8位取值范圍：0～255缺省值：128STP選擇指定端口舉例在每個網(wǎng)段選擇1個指定端口（DP）既不是根端口也不是指定端口則處于阻塞狀態(tài)100MABC優(yōu)先級：4096

MAC地址：000d.2800.b100優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b101優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b102RootBridge100M100MRootPort這個端口既不是根端口，也不是指定端口，STP將這個端口阻塞（Block）在這個網(wǎng)段上，B的網(wǎng)橋ID較小，所以B上的端口為指定端口DPDPDP根網(wǎng)橋上的端口都是指定端口STP計算結(jié)果經(jīng)過STP計算，最終的邏輯結(jié)構(gòu)為無環(huán)拓樸100MABC優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b101優(yōu)先級：32768

MAC地址：000d.2800.b102100M優(yōu)先級：4096

MAC地址：000d.2800.b100備份線路STP舉例DCABBID：32768000d.2800.b100BID：32768000d.2805.c100BID：32768000d.2810.d100BID：32768000d.2811.e100100M100M100M100M100MRootBridgeRPRPRPDPDPDPBlock經(jīng)過STP計算后的邏輯拓樸DCABBID：32768000d.2800.b100BID：32768000d.2805.c100BID：32768000d.2810.d100BID：32768000d.2811.e100100M100M100MRootBridgeBPDU（橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元）交換機怎么知道其他交換機的網(wǎng)橋ID？怎么知道哪個端口的根路徑成本最?。拷粨Q機之間使用BPDU來交換STP信息BPDUBridgeProtocolDataUnit－網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元使用組播發(fā)送BPDU，組播地址為：01-80-c2-00-00-00BPDU分為2種類型：配置BPDU－用于生成樹計算拓樸變更通告（TCN）BPDU－用于通告網(wǎng)絡拓樸的變化BPDU包含的字段字段字節(jié)作用協(xié)議ID2協(xié)議類型：stp該值為0版本號1使用stp的版本號，默認為0報文類型1標識是配置BPDU還是TCNBPDU根網(wǎng)橋ID8用于通告根網(wǎng)橋的ID根路徑成本4說明這個BPDU到根橋的路徑，到根網(wǎng)橋的每個交換機都會更新該值發(fā)送網(wǎng)橋ID8發(fā)送這個BPDU網(wǎng)橋的ID端口ID2發(fā)送報文的端口的ID消息老化時間2從根網(wǎng)橋發(fā)出BPDU之后經(jīng)過的秒數(shù)，實際是跳數(shù)，每經(jīng)過一個交換機，跳數(shù)減1最大老化時間2網(wǎng)橋在將根網(wǎng)橋看作不可用之前保留根網(wǎng)橋IP的最大時間，默認20sHello時間2根網(wǎng)橋發(fā)送配置BPDU的間隔時間，默認2s轉(zhuǎn)發(fā)延遲2網(wǎng)橋在拓撲變化后轉(zhuǎn)到新狀態(tài)需要等待的時間100MSTP使用BPDU選擇根網(wǎng)橋2-1100MAC網(wǎng)橋ID：

32768.000d.2800.b101網(wǎng)橋ID：32768.000d.2800.b102網(wǎng)橋ID：

4096.000d.2800.b100字段值根網(wǎng)橋ID32768.000d.2800.b101根路徑成本0發(fā)送網(wǎng)橋ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxxB交換機啟動時，假定自己是根網(wǎng)橋，在向外發(fā)送的BPDU中，根網(wǎng)橋ID字段填寫自己的網(wǎng)橋ID100M100M100MSTP使用BPDU選擇根網(wǎng)橋2-2100MAC字段值根網(wǎng)橋ID4096.000d.2800.b100根路徑成本0發(fā)送網(wǎng)橋ID4096.000d.2800.b100端口IDxxxx當接收到其他交換機發(fā)出的BPDU后，比較網(wǎng)橋ID，選擇較小的添加到根網(wǎng)橋ID中100MA字段值根網(wǎng)橋ID4096.000d.2800.b100根路徑成本0發(fā)送網(wǎng)橋ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxxB100M網(wǎng)橋ID：

32768.000d.2800.b101網(wǎng)橋ID：32768.000d.2800.b102網(wǎng)橋ID：

4096.000d.2800.b100當全網(wǎng)所有的交換機接收到全部的BPDU并作比較后，就可以選擇出唯一的一個根網(wǎng)橋STP使用BPDU計算根路徑成本2-1100M100M100MAC字段值根網(wǎng)橋ID4096.000d.2800.b100根路徑成本0發(fā)送網(wǎng)橋ID4096.000d.2800.b100端口IDxxxxAB根網(wǎng)橋發(fā)送根路徑成本為0的BPDU100MRootBridge網(wǎng)橋ID：

32768.000d.2800.b101網(wǎng)橋ID：32768.000d.2800.b102網(wǎng)橋ID：

4096.000d.2800.b100RootBridgeASTP使用BPDU計算根路徑成本2-2其他交換機接收到根網(wǎng)橋的BPDU后，在根路徑成本上添加接收接口的路徑成本，然后轉(zhuǎn)發(fā)100M100M100MAC字段值根網(wǎng)橋ID4096.000d.2800.b100根路徑成本19發(fā)送網(wǎng)橋ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxx100MB交換機保存接口的根路徑成本到內(nèi)存中網(wǎng)橋ID：

32768.000d.2800.b101網(wǎng)橋ID：32768.000d.2800.b102網(wǎng)橋ID：

4096.000d.2800.b100生成樹端口的狀態(tài)狀態(tài)用途轉(zhuǎn)發(fā)（Forwarding）發(fā)送和接收用戶數(shù)據(jù)幀學習（Learning）能接收并處理BPDU,不轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)幀，學MAC地址。偵聽（Listening）能接收并處理BPDU,不轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)幀，不學MAC地址。阻塞（Blocking）只接收BPDU禁用（Disable）強制關閉交換機端口的5種STP狀態(tài)生成樹計時器20秒20秒15秒35秒15秒50秒阻斷偵聽轉(zhuǎn)發(fā)學習最大壽命轉(zhuǎn)發(fā)延遲轉(zhuǎn)發(fā)延遲交換機開機需要等待30秒時間開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)當某個正在使用的鏈路斷掉，阻塞的端口需要50秒時間開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)STP拓撲更改過程stp收斂后，根網(wǎng)橋會周期發(fā)送配置BPDU網(wǎng)橋會在hello間隔周期發(fā)送從根網(wǎng)橋收到的配置BPDU報文.當某個交換機發(fā)生拓撲更改，則周期發(fā)送TCN拓撲更改通知消息，直到收到確認為止。根網(wǎng)橋收到TCN后，開始發(fā)送設置了拓撲更改(TC)位的配置BPDU，并發(fā)送TCA確認消息。所有交換機都意識到拓撲更改后，會將地址表CAM的老化時間(300s)縮短為轉(zhuǎn)發(fā)延遲時間(15s)。VLAN與STPVLAN3VLAN2VLAN2VLAN1VLAN1VLAN3標準的生成樹協(xié)議（CST）不考慮VLAN經(jīng)過STP計算，會有一條鏈路被斷開PVST（按VLAN生成樹）PVST是Cisco私有的，為每個VLAN構(gòu)造一棵生成樹VLAN3VLAN2VLAN2VLAN1VLAN1VLAN3PVST+PVST+區(qū)域PVST區(qū)域CST區(qū)域PVST＋Cisco私有,是cisco交換機默認使用的生成樹協(xié)議可以與CST互操作用來連接PVST與CST區(qū)域cisco交換機的MAC地址和網(wǎng)橋IDcisco交換機不同型號決定了可用MAC地址的數(shù)量，最多可包含1024個MAC地址。交換機按照次序分配MAC地址，第一個分配給VLAN1，第二個給VLAN2……PVST+的網(wǎng)橋ID擴展為優(yōu)先級+VLANID+MAC地址PVST+的配置命令2-1啟用生成樹（默認啟用）Switch(config)#spanning-treevlanvlan-list修改網(wǎng)橋的優(yōu)先級默認為32768Switch(config)#spanning-treevlanvlan-listpriorityBridge-priority設置根網(wǎng)橋/備份根網(wǎng)橋Switch(config)#spanning-treevlanvlan-listrootprimary|secondary設置為根網(wǎng)橋后，優(yōu)先級變成24576優(yōu)先級的值為4096的倍數(shù)PVST+的配置命令2-2修改端口成本Switch(config-if)#spanning-treevlanvlan-listcostcostSwitch(config-if)#spanning-treecostvalue修改端口優(yōu)先級Switch(config-if)#spanning-treevlanvlan-list

port-prioritypriority配置上行快速鏈路Switch(config-if)#spanning-treeuplinkfast配置端口快速鏈路Switch(config-if)#spanning-treeportfastUplinkFast是為本網(wǎng)橋提供一個備份的根端口,一旦原根端口down掉，備份RP馬上進入Forwarding狀態(tài),可提高性能PortFast

是用來接終端設備，這樣的接口不參與STP破環(huán)，可以回避Listening和Learning狀態(tài)，直接進行轉(zhuǎn)發(fā)。PVST配置的查看查看生成樹的配置Switch#showspanning-tree查看某個VLAN的生成樹詳細信息Switch#showspanning-treevlanvlan-iddetail配置網(wǎng)絡中比較穩(wěn)定的交換機為根網(wǎng)橋利用PVST+實現(xiàn)網(wǎng)絡的負載分擔PVST+在實際中的應用V1－V10VLAN1－5的根網(wǎng)橋VLAN6－10的根網(wǎng)橋V1－V10V1－V10VLAN1－5的根端口VLAN1－5數(shù)據(jù)的流向VLAN6－10的根端口VLAN6－10數(shù)據(jù)的流向接入交換機PVST配置實例11-1CABDPort24Port24Port23Port23Port22Port23Port23Port22Port22Port2232768.000d.28bf.4b4032768.0013.6007.6a0032768.000d.2861.b10032768.000d.28bf.1140缺省情況下的STPRootBridgeBlock希望的配置結(jié)果Vlan1-4Vlan1-4Vlan1-2的根網(wǎng)橋Vlan3-4的根網(wǎng)橋PVST配置實例11-2配置SwA為VLAN1和2的根網(wǎng)橋SwA(config)#spanning-treevlan1rootprimarySwA(config)#spanning-treevlan2rootprimary配置SwB在VLAN3和4中優(yōu)先級為4096SwB(config)#spanning-treevlan3priority4096SwB(config)#spanning-treevlan4priority4096PVST配置實例11-3查看配置結(jié)果SwB#showspanning-treeVLAN0001SpanningtreeenabledprotocolieeeRootIDPriority24577Address000d.28bf.4b40Cost19Port24(FastEthernet0/24)HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secBridgeIDPriority32769(priority32768sys-id-ext1)Address0013.6007.6a00HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secAgingTime300InterfaceRoleStsCostPrio.NbrType------------------------------------------------------------------------Fa0/22AltnBLK19128.22P2pFa0/23AltnBLK19128.23P2pFa0/24RootFWD19128.24P2p根網(wǎng)橋的信息自己的信息本地接口的信息VLAN1的根網(wǎng)橋為SwA，優(yōu)先級為24576＋VLANID端口22和23阻塞，24為根端口VLAN2的生成樹信息PVST配置實例11-4VLAN0002SpanningtreeenabledprotocolieeeRootIDPriority24578Address000d.28bf.4b40Cost19Port24(FastEthernet0/24)HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secBridgeIDPriority32770(priority32768sys-id-ext2)Address0013.6007.6a00HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secAgingTime300InterfaceRoleStsCostPrio.NbrType------------------------------------------------------------------------Fa0/22AltnBLK19128.22P2pFa0/23AltnBLK19128.23P2pFa0/24RootFWD19128.24P2pPVST配置實例11-5CDPort24Port24Port23Port23Port22Port23Port23Port22Port22Port2224576.000d.28bf.4b4032768.0013.6007.6a0032768.000d.2861.b10032768.000d.28bf.1140VLAN1-2的邏輯拓樸Vlan1-4Vlan1-4Vlan1-2的根網(wǎng)橋BAPVST配置實例11-6查看配置結(jié)果（VLAN3－4)SwA#showspanning-tree

VLAN0003SpanningtreeenabledprotocolieeeRootIDPriority4099Address0013.6007.6a00Cost19Port24(FastEthernet0/24)HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secBridgeIDPriority32771(priority32768sys-id-ext3)Address000d.28bf.4b40HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secAgingTime300InterfaceRoleStsCostPrio.NbrType------------------------------------------------------------------------Fa0/22AltnBLK19128.22P2pFa0/23AltnBLK19128.23P2pFa0/24RootFWD19128.24P2pVLAN4的生成樹信息PVST配置實例11-7VLAN0004SpanningtreeenabledprotocolieeeRootIDPriority4100Address0013.6007.6a00Cost19Port24(FastEthernet0/24)HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secBridgeIDPriority32772(priority32768sys-id-ext4)Address000d.28bf.4b40HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secAgingTime300InterfaceRoleStsCostPrio.NbrType------------------------------------------------------------------------Fa0/22AltnBLK19128.22P2pFa0/23AltnBLK19128.23P2pFa0/24RootFWD19128.24P2pPVST配置實例11-8CDPort24Port24Port23Port23Port22Port23Port23Port22Port22Port2232768.000d.28bf.4b404096.0013.6007.6a0032768.000d.2861.b10032768.000d.28bf.1140VLAN3-4的邏輯拓樸Vlan1-4Vlan1-4Vlan3-4的根網(wǎng)橋BAPVST配置實例11-9配置交換機C上連接主機的端口為快速端口SwC(config)#interfacerangefastEthernet0/1-20SwC(config-if-range)#spanning-treeportfast%Warning:portfastshouldonlybeenabledonportsconnectedtoasinglehost.Connectinghubs,concentrators,switches,bridges,etc...tothisinterfacewhenportfastisenabled,cancausetemporarybridgingloops.UsewithCAUTION%Portfastwillbeconfiguredin20interfacesduetotherangecommandbutwillonlyhaveeffectwhentheinterfacesareinanon-trunkingmode.PVST配置實例11-10在交換機C上配置上行速鏈路SwC(config)#interfacefastEthernet0/22SwC(config)#spanning-treeuplinkfastPVST配置實例11-11配置了上行速鏈路后查看生成樹信息SwC#showspanning-tree

VLAN0001SpanningtreeenabledprotocolieeeRootIDPriority24577Address000d.28bf.4b40Cost3019Port23(FastEthernet0/23)HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secBridgeIDPriority49153(priority49152sys-id-ext1)Address000d.2861.b100HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secAgingTime300UplinkfastenabledInterfaceRoleS