STP(生成樹協(xié)議講解)

STP局域網(wǎng)中通常會存在冗余鏈路。需要一種方法阻塞冗余鏈路，消除路徑環(huán)路，并且在必要時將冗余鏈路自動切換為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，恢復網(wǎng)絡的連通性。生成樹協(xié)議就可以實現(xiàn)這樣的功能。生成樹協(xié)議包括STP、RSTP、MSTP等。本章對STP的工作原理進行詳細介紹。引入了解STP消除環(huán)路的思想掌握STP的基本概念掌握STP計算過程掌握STP的端口狀態(tài)掌握STP拓撲改變處理過程了解STP的不足課程目標學習完本課程，您應該能夠：STP介紹STP基本概念STP計算過程STP端口狀態(tài)STP拓撲改變處理過程STP協(xié)議的不足目錄Page4交換機轉(zhuǎn)發(fā)流程回顧E0/2E0/3E0/5E0/600-0D-56-BF-88-1000-0D-56-BF-88-20PCASWASWBPCB123Page5環(huán)路引起的問題之一——廣播風暴PCASWASWB廣播12344Page6交換機學習MAC地址表回顧E0/2E0/3E0/5E0/600-0D-56-BF-88-1000-0D-56-BF-88-20PCASWASWBPCB123Page7E0/3E0/4E0/5E0/6PCASWASWB00-0D-56-BF-88-10E0/200-0D-56-BF-88-10E0/200-0D-56-BF-88-10E0/4錯誤目的端口環(huán)路引起的問題之二——MAC地址表不穩(wěn)定什么是STP？STP是二層網(wǎng)絡中用于消除環(huán)路的協(xié)議通過阻斷冗余鏈路來消除橋接網(wǎng)絡中可能存在的路徑回環(huán)當前活動路徑發(fā)生故障時，激活冗余備份鏈路，恢復網(wǎng)絡連通性ROOTPhysicalSegmentAPhysicalSegmentBPhysicalSegmentCPhysicalSegmentDPhysicalSegmentESTP消除環(huán)路的思想將網(wǎng)絡拓撲修剪為樹形選擇樹根節(jié)點確定最短路徑阻塞冗余鏈路ROOTPhysicalSegmentAPhysicalSegmentBPhysicalSegmentCPhysicalSegmentDPhysicalSegmentESTP介紹STP基本概念STP計算過程STP端口狀態(tài)STP拓撲改變處理過程STP協(xié)議的不足目錄橋和端口的角色橋的角色：根橋指定橋端口角色：根端口指定端口Alternate端口根橋根端口根端口指定端口指定端口指定端口Alternate端口指定橋SWASWBSWCSWA指定橋SWB橋ID橋ID用于在STP中唯一的標識一個橋，橋ID由兩部分組成，長度為8個字節(jié)橋優(yōu)先級：高16位(0~65535,默認32768)優(yōu)先級（16bit）=4Bit橋優(yōu)先級+12Bit擴展系統(tǒng)IDMAC地址：低48位橋優(yōu)先級橋MAC地址2字節(jié)6字節(jié)橋ID路徑開銷（PathCost）路徑開銷用于衡量橋與橋之間路徑的優(yōu)劣STP中每條鏈路都具有開銷值路徑開銷等于路徑上全部鏈路開銷之和SWBSWCSWA1Gig1GigCost20Cost200100M鏈路開銷標準配置BPDU網(wǎng)橋通過交互配置BPDU獲取STP計算所需要的參數(shù)配置BPDU基于二層組播方式發(fā)送，目的地址為01-80-C2-00-00-00配置BPDU由根橋周期發(fā)出，發(fā)送周期為HelloTime。配置BPDU老化時間為MaxAge。SWASWB配置BPDURootSWC配置BPDU配置BPDU格式DMA:目的MAC地址SMA:源MAC地址 L/T:幀長LLCHeader:配置消息固定的鏈路頭Payload:BPDU數(shù)據(jù)PayloadL/TSMADMALLCHeaderRootIDRootPathCostBridgeIDPortIDParametersByteProtocolID2ProtocolVersionIDBPDUTypeFlagsMessageAge11184822MaxAgeHelloTimeForwardDelay222｝STP優(yōu)先級向量STP介紹STP基本概念STP計算過程STP端口狀態(tài)STP拓撲改變處理過程STP協(xié)議的不足目錄計算步驟任務一：選舉根橋任務二：確定端口角色SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACD1GigPathCost=201GigPathCost=20100MPathcost=200100MPathcost=200SWCBID=32768.MACC2Gig聚合Pathcost=18計算方法配置BPDU處理網(wǎng)橋?qū)⒏鱾€端口收到的配置BPDU和自己的配置BPDU做比較，得出優(yōu)先級最高的配置BPDU網(wǎng)橋用優(yōu)先級最高的配置BPDU更新本身的配置BPDU，用于選舉根橋和確定端口角色網(wǎng)橋從指定端口發(fā)送新的配置BPDU配置BPDU比較原則——優(yōu)先級向量最小者最優(yōu)首先比較RootBridgeID其次比較RootPathCost再次比較DesignateBridgeID再其次比較DesignatePortID最后比較BridgePortID根橋選舉過程SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC我是根橋我是根橋我是根橋我是根橋?qū)ふ易钚騃DRootID=8192.MACB根橋選舉過程（續(xù)）RootID=8192.MACBRootID=0.MACARootID=0.MACARootID=32768.MACCRootID=8192.MACBRootID=32768.MACCRootID=32768.MACCRootID=4096.MACDRootID=4096.MACDSWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACD根橋選舉過程（續(xù)）SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC我是根橋我是根橋SWA是根橋SWA是根橋根橋選舉過程（續(xù)）RootID=0.MACARootID=0.MACARootID=0.MACARootID=0.MACARootID=0.MACARootID=0.MACARootID=4096.MACDRootID=4096.MACDSWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACD根橋選舉結(jié)果SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC我是根橋SWA是根橋SWA是根橋SWA是根橋確定端口角色的標準根端口：網(wǎng)橋上到根橋最近的端口指定端口：端口的配置BPDU在其所屬鏈路上是最優(yōu)的Alternate端口：端口的配置BPDU在其所屬鏈路上不是最優(yōu)的，且端口不是根端口端口角色確定過程SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACD1GigPathCost=201GigPathCost=20100MPathcost=200100MPathcost=200SWCBID=32768.MACC2Gig聚合Pathcost=18RootID=32768.MACCRPC=0RootID=8192.MACBRPC=0端口角色確定過程（續(xù)）RootID=8192.MACBRPC=0RootID=8192.MACBRPC=0RootID=0.MACARPC=0RootID=0.MACARPC=0RootID=32768.MACCRPC=0RootID=32768.MACCRPC=0RootID=4096.MACDRPC=0RootID=4096.MACDRPC=0SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACD端口角色確定過程（續(xù)）SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC我是根橋RPC=0我是根橋RPC=0SWA是根橋RPC=18RPC=200RPC=18SWA是根橋RPC=200端口角色確定過程（續(xù)）RootID=0.MACARPC=18RootID=0.MACARPC=200RootID=0.MACARPC=200RootID=0.MACARPC=0RootID=0.MACARPC=0RootID=0.MACARPC=18RootID=4096.MACDRPC=0RootID=4096.MACDRPC=0SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACD端口角色確定過程（續(xù)）SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC我是根橋RPC=0SWA是根橋RPC=18RPC=38RPC=18RPC=218SWA是根橋RPC=38SWA是根橋RPC=218端口角色確定過程（續(xù)）RootID=0.MACARPC=18RootID=0.MACARPC=38RootID=0.MACARPC=0RootID=0.MACARPC=0RootID=0.MACARPC=18SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACD端口角色確定過程（續(xù)）SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC我是根橋RPC=0SWA是根橋RPC=18RPC=38RPC=18RPC=58SWA是根橋RPC=38SWA是根橋RPC=58端口角色確定結(jié)果Alternate端口：端口既非根端口也非指定端口指定端口：端口擁有該鏈路上最優(yōu)的配置消息根橋路徑開銷=38根橋ID=0.MACARootPathCost=18根橋ID=0.MACARootPathCost=38根橋ID=0.MACARootPathCost=0根端口：該端口到根橋的開銷最小38<200根橋路徑開銷=200SWBBID=8192.MACBSTP計算結(jié)果SWBBID=8192.MACBSWABID=0.MACASWDBID=4096.MACDSWCBID=32768.MACC指定端口指定端口根端口根端口根端口指定端口指定端口Alternate端口Alternate端口根橋指定端口等路徑開銷計算根橋SWABID=0.MACASWABID=0.MACA根橋SWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACDPathcost=200Pathcost=200Pathcost=200Pathcost=200Pathcost=200Pathcost=200Pathcost=200DDRRDADDRRRDDA等路徑開銷計算（續(xù)）RPathcost=200Pathcost=200SWABID=0.MACA根橋SWBBID=8192.MACBE0/1E0/2DDARPathcost=200Pathcost=200SWABID=0.MACA根橋SWBBID=8192.MACBE0/1DAPathcost=200E0/2E0/1E0/1E0/2PhysicalSegment收到低優(yōu)先級配置BPDU時的處理根橋根橋BPDUBPDUBPDUSWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCSWDBID=4096.MACDBPDU低優(yōu)先級配置BPDUHelloTimerBPDUSTP介紹STP基本概念STP計算過程STP端口狀態(tài)STP拓撲改變處理過程STP協(xié)議的不足目錄臨時環(huán)路問題當拓撲結(jié)構發(fā)生變化，新的配置BPDU要經(jīng)過一定的時延才能傳播到整個網(wǎng)絡，在所有網(wǎng)橋收到這個變化的消息之前可能會存在臨時環(huán)路根橋SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=4096.MACCDRDR根橋SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=4096.MACCDRDDRD新鏈路通過中間狀態(tài)避免臨時環(huán)路STP為端口定義了五種狀態(tài)：Disabled、Blocking、Listening、Learning、Forwarding各端口狀態(tài)對配置BPDU收發(fā)、MAC地址學習以及數(shù)據(jù)收發(fā)的處理有所不同F(xiàn)orwardDelay延時從中間狀態(tài)Listening經(jīng)過一個延時進入另一個中間狀態(tài)Learning從Learning狀態(tài)再經(jīng)過一個延時進入Forwarding狀態(tài)延時長度為ForwardDelaySTP端口狀態(tài)機DisabledListeningBlockingForwardingLearning1）端口enabled2）端口disabled3）端口被選為根端口或指定端口4）端口被選為Alternate端口（阻塞）5）ForwardDelay延時（1）（2）（2）（2）（2）（1）（2）（4）（4）（5）（4）（5）（3）STP端口狀態(tài)示例SWBSWASWDSWCForwardingForwardingForwardingForwardingForwardingForwardingForwardingBlockingBlocking根橋ForwardingSTP介紹STP基本概念STP計算過程STP端口狀態(tài)STP拓撲改變處理過程STP協(xié)議的不足目錄E1/0/1拓撲發(fā)生變化HostAHostBROOTSWCSWASWBSWDSWE鏈路中斷E1/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/2E1/0/3E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/1從中斷到恢復需要等待MAC地址老化，將近5分鐘的時間！STP阻塞STP拓撲改變處理過程拓撲改變消息TCN拓撲改變應答消息TCA拓撲改變置位的BPDUHostAHostBROOT鏈路中斷E1/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/3E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/1拓撲改變時網(wǎng)橋使用較小的MAC地址生存期從中斷到恢復最長需要等待50秒的時間！12344555STP阻塞SWCSWASWBSWDSWETCNBPDUPayloadL/TSMADMALLCHeader網(wǎng)橋發(fā)送TCNBPDU的條件為有端口轉(zhuǎn)變?yōu)镕orwarding狀態(tài)，且該網(wǎng)橋至少包含一個指定端口有端口從Forwarding狀態(tài)或Learning狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)锽locking狀態(tài)ParametersByteProtocolID2ProtocolVersionIDBPDUType11TCA以及TC置位的配置BPDUPayloadL/TSMADMALLCHeader6543210TopologyChangeTopologyChangeAcknowledgment7標志位置位第7位置位表示該消息為TCA第0位置位表示該消息為TC置位BPDU1到6位保留標志位RootIDRootPathCostBridgeIDPortIDParametersByteProtocolID2ProtocolVersionIDBPDUTypeFlagsMessageAge11184822MaxAgeHelloTimeForwardDelay222拓撲改變收斂時延分析SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCDDRRDA根橋故障BPDU等待MaxAgeTimer鏈路中斷SWABID=0.MACASWBBID=8192.MACBSWCBID=32768.MACCDDRRDASWC根端口DOWNBPDUBPDUBPDU拓撲改變收斂時延分析（續(xù)）ROOTSWCSWASWBSWDSWEE1/0/1E1/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/3E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/2新增鏈路或故障恢復鏈路新阻塞鏈路STP介紹STP基本概念STP計算過程STP端口狀態(tài)STP拓撲改變處理過程STP協(xié)議的不足目錄收斂時間長PowerUpBlockingListeningLearningForwardingDisabledForwardDelayTimerForwardDelayTimer缺省情況下一個端口從Blocking狀態(tài)過渡到Forwarding狀態(tài)至少需要30秒鐘（兩倍的ForwardDelay）。對于一個拓撲不穩(wěn)定網(wǎng)絡，會導致網(wǎng)絡的長時間中斷拓撲變化收斂機制不靈活ROOTSWCSWASWBSWDSWEE1/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/3E1/0/2E1/0/1E1/0/2E1/0/1STP阻塞主機頻繁上下線時，網(wǎng)絡會產(chǎn)生大量TCNPage54LANESWALANALANBLANCSWBSWCLANDRootLANC的指定端口E0/10E0/20E0/10E0/20E0/10E0/20STP基本配置－物理拓撲Page55STP基本配置－配置命令LANESWALANALANBLANCSWBSWCLANDRootLANC的指定端口E0/10E0/20E0/10E0/20E0/10E0/20[Quidway]sysnameSWA[SWA]stpenable[SWA]stpmodestp[SWA]stppriority4096[Quidway]sysnameSWB[SWB]stpenable[SWB]stpmodestp[SWB]stppriority8192[Quidway]sysnameSWC[SWC]stpenable[SWC]stpmodestpE0/24Page56[SWC]displaystp[CISTGlobalInfo][ModeSTP]CISTBridge:32768.00e0-fc41-43b9BridgeTimes:Hello2sMaxAge20sFwDly15sMaxHop20CISTRoot/ERPC:4096.00e0-fc41-4259/20000CISTRegRoot/IRPC:32768.00e0-fc41-43b9/0CISTRootPortId:128.10BPDU-Protection:DisabledTCorTCNreceived:117TCcountperhello:1STPConvergeM