數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡組建與維護(項目式教學課件) 項目2 冗余交換網(wǎng)絡組建

冗余交換網(wǎng)絡組建項目二教學目標教學目標通過本章的學習，希望您能夠：理解冗余掌握STP協(xié)議的基本術語掌握STP協(xié)議的計算過程掌握端口類型和STP協(xié)議的配置方法項目描述與分析項目背景某外國語學校是集幼兒、小學、中學為一體的學校，學校主要分為行政管理、教學管理和學生管理。為了學校的發(fā)展，需要建設校園網(wǎng)絡。學校要求校園網(wǎng)絡不能出現(xiàn)中斷情況，并且要求幼兒、小學、中學三部分中相同管理機構之間能夠互通，不同管理機構之間不能訪問。網(wǎng)絡拓撲設計拓撲結(jié)構對比分析冗余鏈路的優(yōu)點環(huán)型鏈路在局域網(wǎng)中具有提高網(wǎng)絡的可靠性，消除單點失效故障等優(yōu)點。冗余鏈路的缺點局域網(wǎng)中提供了閉合環(huán)，而局域網(wǎng)通信采用廣播方式進行，因此，在局域網(wǎng)中的這種冗余鏈路設計方案會給局域網(wǎng)帶來一些問題，具體如下：f2b3f3b2f4b5f5b4f4b5f5b4f=轉(zhuǎn)發(fā)b=阻塞f2f3LinkALinkB物理上冗余，是否就能保證業(yè)務的順暢？冗余鏈路的缺點廣播風暴冗余鏈路的缺點MAC地址不穩(wěn)定冗余鏈路的缺點單幀多次遞交目錄生成樹協(xié)議生成樹協(xié)議簡稱為STP，STP是一個二層鏈路管理協(xié)議，定義在IEEE802.1D中，它為網(wǎng)絡提供路徑冗余，同時防止產(chǎn)生環(huán)路。生成樹協(xié)議的運行結(jié)果是生成一棵無環(huán)樹。STP能在網(wǎng)絡中部署備份線路，并且保證在主線路正常工作時，備份線路是關閉的；當主線路出現(xiàn)故障時自動使能備份線路，切換數(shù)據(jù)流。生成樹概述1．交換機標識交換機標識用來唯一表示網(wǎng)絡上的一臺交換機。該標識是由兩部分組成的，第一部分是優(yōu)先級，占2字節(jié)，取值范圍為0～65535，默認值為32768；第二部分是交換機的MAC地址，占6字節(jié)。2．端口成本和端口優(yōu)先級生成樹協(xié)議的最終運行結(jié)果就是閉塞一些冗余的端口，打開一些端口進行轉(zhuǎn)發(fā)。端口成本就是端口帶寬的正比例反映，當端口成本相同時，優(yōu)先級高的端口優(yōu)先閉塞，優(yōu)先級最低的端口進行轉(zhuǎn)發(fā)。若優(yōu)先級相同，選擇端口號小的進行轉(zhuǎn)發(fā)。生成樹協(xié)議基本術語3．根交換機具有最小交換機標識的交換機被選舉成根交換機。在同一網(wǎng)絡中，只有一個根交換機，其它交換機稱為非根交換機。

Rootbridge=有最低橋ID的交換機BridgeID=橋優(yōu)先級+橋MAC地址

在本例中,哪臺交換機有最低橋ID？生成樹協(xié)議基本術語（續(xù)）SwitchY缺省優(yōu)先級32768

(8000hex)MAC0c0022222222SwitchX缺省優(yōu)先級32768

(8000hex)MAC0c0011111111

生成樹協(xié)議基本術語（續(xù)）4．根端口

顧名思義，根端口就是非根交換機通向根交換機的端口。根端口只存在在非根交換機上。選擇根端口的依據(jù)：

到根交換機的最低路徑開銷。根路徑開銷是兩個網(wǎng)橋間的路徑上所有鏈路的開銷之和，也就是某個橋網(wǎng)到達根網(wǎng)橋的中間所有鏈路的路徑開銷之和。

直連的交換機ID最小

直連的交換機端口號最小

一個非根交換機中，有且僅有一個根端口生成樹協(xié)議基本術語（續(xù)）SWASWB（非根交換機）SWC（非根交換機）根交換機根端口Cost=10Cost=20Cost=30下圖中，非根交換機SWB和SWC的哪個端口會成為根端口？根端口生成樹協(xié)議基本術語（續(xù)）5．指定端口

在每個物理網(wǎng)段到根交換機累計路徑花費最小的端口稱為指定端口。

在根交換機中，根交換機上的所有端口為指定端口。選擇指定端口（非根交換機中）的依據(jù)是：路徑開銷較低

所連接的交換機ID值最小

所連接的交換機端口號最小

一個局域網(wǎng)段中，有且僅有一個指定端口生成樹協(xié)議基本術語（續(xù)）100Root交換機B交換機A

100PortID=有最低PortID的端口PortID=端口優(yōu)先級+端口Index在本例中,交換機B哪個端口是指定端口？端口1缺省優(yōu)先級128

端口2缺省優(yōu)先級128

端口1端口26．橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（BPDU）橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（BridgeProtocolDataUnit，簡稱BPDU），生成樹協(xié)議通過在交換機之間每隔2s周期性的發(fā)送BPDU數(shù)據(jù)幀，用于交換各自交換機的狀態(tài)信息、選舉根交換機和根端口，并為每個物理網(wǎng)段選舉指定端口。7．非指定端口除去根端口和指定端口之外的其他端口稱為非指定端口，非指定端口處于阻塞狀態(tài)，不轉(zhuǎn)發(fā)任何用戶數(shù)據(jù)。生成樹協(xié)議基本術語（續(xù)）1.選舉根交換機生成樹的計算過程2.選舉非根交換機的根端口生成樹的計算過程（續(xù)）3.選舉網(wǎng)段的指定端口生成樹的計算過程（續(xù)）4.阻塞非指定端口生成樹的計算過程（續(xù)）端口狀態(tài)阻塞傾聽學習轉(zhuǎn)發(fā)端口的不同狀態(tài)：堵塞（Block，默認20s）：只監(jiān)聽流入的BPDU

監(jiān)聽（Listen，默認15s）：監(jiān)聽和發(fā)送BPDU（根橋、根端口、指定端口等的選舉在該階段完成，如果接口沒有成為DP則重新回到Block）:

學習（Learning，默認15s）:監(jiān)聽和發(fā)送BPDU,并且會在該接口上學習流入幀的MAC地址

轉(zhuǎn)發(fā)：監(jiān)聽和發(fā)送BPDU,會在該接口上學習流入幀的MAC地址,接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀

禁用:不參與STP,并且不能轉(zhuǎn)發(fā)任何數(shù)據(jù).

端口狀態(tài)遷移TimeBlocking20SecListeningLearning15SecForwarding15SecForwardDelayForwardDelayMax-Age生成樹使用計時器來決定狀態(tài)間轉(zhuǎn)換所需的時間不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),接收和發(fā)送BPDUs,不進行地址學習不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),接收并發(fā)送BPDUs,不進行地址學習不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),接收并發(fā)送BPDUs,開始地址學習接收并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),接收并發(fā)送BPDUs,進行地址學習生成樹重新計算傳統(tǒng)生成樹的不足端口從阻塞狀態(tài)進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)必須經(jīng)歷兩倍的ForwardingDelay時間如果網(wǎng)絡中的拓撲結(jié)構變化頻繁，網(wǎng)絡會頻繁地失去連通性SWASWBSWCDPDPRPDPRPServer每次拓撲變化，我都至少有30秒的時間無法訪問服務器！快速生成樹協(xié)議RSTP為了縮短生成樹協(xié)議的收斂時間，提出了使用RSTP（RapidSpanningTreeProtocol，快速生成樹協(xié)議），在IEEE802.1w中對RSTP做出了定義。運行RSTP的交換機端口包括根端口、指定端口、預備端口和備份端口四種端口角色。預備端口用于備份根端口，備份端口用于備份指定端口。對于備份端口和預備端口，都處于不轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。多生成樹協(xié)議MSTPSTP和RSTP都是單生成樹。這會導致一些鏈路處于空閑狀態(tài)，降低了線路的利用效率；另一方面，用戶希望能根據(jù)不同的VLAN或者VLAN組使用不同的生成樹。提出了多生成樹協(xié)議（MultipleSpanningTreeProtocol，MSTP）。MSTP是IEEE802.1s提出的基于VLAN實例的新協(xié)議，它解決了RSTP單生成樹問題。STP/RSTP是基于端口的，而MSTP是基于VLAN實例的。實例，就是多個VLAN的一個集合，在MSTP中，每個實例生成一棵生成樹。這種將多個VLAN捆綁到一個實例中可以節(jié)省通信開銷和資源占用率，并能實現(xiàn)負載均衡。目錄生成樹配置命令生成樹的相關配置（中興交換機）ZXR103900A/2826S三種模式：SSTP、RSTP和MSTP，（1）啟用和關閉生成樹協(xié)議ZXR10(config)#spanning-tree{enable|disable}說明：默認情況下，在ZTE交換機中STP是關閉的，（2）配置STP的模式ZXR10(config)#spanning-treemode{sstp|rstp|mstp}說明：在ZTE交換機中，默認情況下，運行生成樹協(xié)議之后的模式為MSTP。MSTP配置命令（中興交換機）（1）創(chuàng)建實例

步驟1：進入MSTP配置模式。ZXR10(config)#spanning-treemstconfiguration

步驟2：創(chuàng)建實例。ZXR10(config-mstp)#instance<instance>vlans<vlan-id>（2）更新MST配置名稱和配置版本號1）設置MST配置名稱。ZXR10(config-mstp)#name<string>2）配置版本號。ZXR10(config-mstp)#revision<version>（3）配置交換機優(yōu)先級ZXR10(config)#spanning-treemstinstance<instance>priority<priority>STP、RSTP、MSTP配置實例（中興交換機）STP、RSTP、MSTP配置實例見書92-94頁生成樹協(xié)議的診斷與維護（中興交換機）1）顯示基于實例的生成樹詳細信息。

Showspanning-treeinstance<instance>

2）顯示指定端口的生成樹信息。

Showspanning-treeinterface<port-name>

3）顯示指定端口的BPDU包發(fā)送和接收的統(tǒng)計信息。

Showspanning-treestatistics<port-name>思科交換機生成樹協(xié)議有四種協(xié)議:通用CST.思科PVST.增強型PVST+.MST一、啟用生成樹:spanning-tree[mode][vlan][portfast]1、spanning-treemode？pvstPer-Vlanspanningtreemoderapid-pvstPer-VlanrapidspanningtreemodeSwitch(config)#spanning-treemodepvst思科交換機2、spanning-treevlan?

vlanrange,example:1,3-5,7,9-11spanning-treevlan1?

priority（優(yōu)先級）Setthebridgepriorityforthespanningtree<0-61440>bridgepriorityinincrementsof4096

root（根網(wǎng)橋）Configureswitchasroot

思科交換機3、Sw1(config)#spanning-treeportfastdefault（所有接口啟用）全局下用

一般用在接入層的交換機上。

Sw1(config-if)#spanning-treeportfast接口下單獨啟用

Sw1(config-if)#spanning-treeportfastdisable(某個口禁用，通常是連接另一臺交換機的口）思科交換機二、.建立根網(wǎng)橋:(1)直接建立:spanning-treevlan2rootprimary(2)通過修改優(yōu)先級建立:spanning-treevlan2priority24768(4096的倍數(shù),值越小,優(yōu)先級越高.默認為32768)三、確定路徑，選定根端口:(1)可通過修改端口成本:(在配置模式下)spanning-treevlan2cost***(100m為19,10m為100,值越小,路徑越優(yōu)先)月（注：模擬器上不能實現(xiàn)）(2)可修改端口優(yōu)先級:(在接口模式下)spanning-treevlan2port-priority***(0-255,默認為128)思科交換機四、.可修改計時器(可選)(1)修改HELLO時間:spanning-treevlan2hello-time**(1-10s,默認為兩秒)(2)修改轉(zhuǎn)發(fā)延遲時間:spanning-treevlan2forward-time***(4-30s,默認為15s)(3)修改最大老化時間:spanning-treevlan2max-age***(6-40,默認是20秒)五.配置快速端口:spanning-treeportfast六.配置上行端口:spanning-treeuplinkfast思科交換機檢查命令1.檢查生成樹:showspanning-treesummary2.檢查根網(wǎng)橋:showspannint-treevlan2detail3.檢查網(wǎng)橋優(yōu)先級:showspanning-teee

vlan2detail4.檢查端口成本:showspanninn-treeinterfacef0/2detail5.檢查端口優(yōu)先級:showspanning-treeinterfacef0/2detail6.檢查HELLO時間.轉(zhuǎn)發(fā)延遲.最大老化時間:showspanning-treevlan27.檢查速端口:showspanning-treeinterfacef0/2detail8.檢查上行鏈路:showspanning-treesummary生成樹端口有四種狀態(tài):1.阻塞:能收BPDU報文,其他的什么不干2.偵聽:能收BPDU報文,能發(fā)送BPDU報文,也不能學習MAC地址.3.學習:能接收發(fā)送BPD報文,也能學習MAC地址,并添加到MAC表中,但不有發(fā)送數(shù)據(jù)幀.4.轉(zhuǎn)發(fā):什么都能干了,開始正常接收和發(fā)送數(shù)據(jù)幀5.從阻塞到偵聽20秒,從偵聽到學習15秒,從學習到轉(zhuǎn)發(fā)15秒(默認)目錄生成樹協(xié)議配置實例實驗目的1)本實驗的目的是通過配置以下三種拓樸圖，讓我們對生成樹的工作原理有更深的認識。

2）掌握生成樹在交換機上的配置方法，對生成樹在網(wǎng)絡上的應用有更深的了解。實驗要求簡述生成樹協(xié)議的三個前提。簡述根橋、根端口、指定端口的選舉原則。實驗內(nèi)容通過三種拓樸圖來研究根橋、根端口、指定端口選舉方法；根橋、根端口、指定端口查看方法實驗拓撲192.168.1.1255.255.255.0192.168.1.2255.255.255.0交換機1enConfInte

vlan1Ipadd192.168.1.2255.255.255.0NoshutExitIntefa0/1SwitmodetrunkExitIntefa0/2SwitmodetrunkexitSpanning-tree?Spanning-treemode?Spanning-treemodepvstShowspanning-tree