網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程 課件 第三章3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路

主講人：萬鵬第三章交換設(shè)備配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程CONTENTS教學目標

本章通過介紹主流交換機的基本配置方法、生成樹協(xié)議、VLAN、中繼協(xié)議等內(nèi)容，使學生熟練掌握交換設(shè)備配置方法與配置途徑，能夠進行交換機VLAN換分與VLAN配置，并理解生成樹STP及快速生成樹RSTP的工作原理，掌握在交換機上配置快速生成樹協(xié)議，以及熟練掌握VTP的基本配置等。

【知識目標】?掌握交換機的基本配置

?理解交換機帶內(nèi)、帶外管理

?掌握交換機

VLAN的基本配置?理解

VLAN中繼的概念?掌握生成樹協(xié)議的工作過程

?掌握VTP協(xié)議原理及配置方法

【技能目標】?能夠通過配置使能VTY密碼、設(shè)置交換機的管理IP和默認網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)交換機的Telnet遠程登錄，能完成交換機備份、交換機系統(tǒng)升級配置?能夠通過配置完成跨交換機

VLAN間的通信?能夠進行

STP、RSTP配置?能夠進行VTP配置CONTENTS3.1交換機基本配置3.2網(wǎng)絡(luò)隔離與廣播風暴控制3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程3.3.1

項目背景1.需求分析許多企業(yè)的業(yè)務(wù)發(fā)展越來越離不開網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定要求網(wǎng)絡(luò)管理員在分層網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置冗余功能。但由于榮譽鏈路會使網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)環(huán)路、廣播風暴等問題，因此需要在網(wǎng)絡(luò)中引入動態(tài)管理的通信環(huán)路。當交換機的一條鏈路連接斷開時，另一天鏈路能迅速取代他的位置，同時不能出現(xiàn)新的通信環(huán)路。2.環(huán)境準備1）每4人為一工作小組，每位同學準備好配置文檔。2）每組計算機4臺，交換機三臺，直通雙絞線、交叉雙絞線、配置線、電源線若干。3）將配置線連接到交換機的Console口，并在裝有超級終端的計算機上啟動配置程序。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程3.技能準備1）冗余鏈路

為了提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，交換網(wǎng)絡(luò)中通常會使用冗余鏈路。然而，冗余鏈路會給交換網(wǎng)絡(luò)帶來環(huán)路風險，并導致廣播風暴以及MAC地址表不穩(wěn)定等問題，進而會影響到用戶的通信質(zhì)量。生成樹協(xié)議STP（SpanningTreeProtocol）可以在提高可靠性的同時又能避免環(huán)路帶來的各種問題。隨著局域網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，越來越多的交換機被用來實現(xiàn)主機之間的互連。如果交換機之間僅使用一條鏈路互連，則可能會出現(xiàn)單點故障，導致業(yè)務(wù)中斷。為了解決此類問題，交換機在互連時一般都會使用冗余鏈路來實現(xiàn)備份，交換機的冗余鏈路如圖所示。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程2）STP的作用

在以太網(wǎng)中，二層網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路會帶來廣播風暴，MAC地址表震蕩，重復(fù)數(shù)據(jù)幀等問題，為解決交換網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路問題（如圖所示），提出了STP。STP的主要作用如下：消除環(huán)路：通過阻斷冗余鏈路來消除網(wǎng)絡(luò)中可能存在的環(huán)路。鏈路備份：當活動路徑發(fā)生故障時，激活備份鏈路，及時恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連通性。STP的工作過程如下：①選舉一個根橋。②每個非根交換機選舉一個根端口。③每個網(wǎng)段選舉一個指定端口。④阻塞非根、非指定端口。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程

（1）根橋選舉STP中根橋的選舉依據(jù)的是橋ID，STP中的每個交換機都會有一個橋ID(BridgeID)。橋ID由16位的橋優(yōu)先級（BridgePriority）和48位的MAC地址構(gòu)成。在STP網(wǎng)絡(luò)中，橋優(yōu)先級是可以配置的，取值范圍是0～65535，默認值為32768。優(yōu)先級最高的設(shè)備（數(shù)值越小越優(yōu)先）會被選舉為根橋。如果優(yōu)先級相同，則會比較MAC地址，MAC地址越小則越優(yōu)先，如圖所示。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（2）根端口選舉

非根交換機在選舉根端口時分別依據(jù)該端口的根路徑開銷、對端BID（BridgeID）、對端PID（PortID）和本端PID。

交換機的每個端口都有一個端口開銷（PortCost）參數(shù)，此參數(shù)表示該端口在STP中的開銷值。默認情況下端口的開銷和端口的帶寬有關(guān)，帶寬越高，開銷越小。從一個非根橋到達根橋的路徑可能有多條，每一條路徑都有一個總的開銷值，此開銷值是該路徑上所有接收BPDU端口的端口開銷總和（即BPDU的入方向端口），稱為路徑開銷。非根橋通過對比多條路徑的路徑開銷，選出到達根橋的最短路徑，這條最短路徑的路徑開銷被稱為RPC（RootPathCost，根路徑開銷），并生成無環(huán)樹狀網(wǎng)絡(luò)，根橋的根路徑開銷是0。

一般情況下，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中會存在多廠商的交換設(shè)備，華為X7系列交換機支持多種STP的路徑開銷計算標準，提供最大程度的兼容性。缺省情況下，華為X7系列交換機使用IEEE802.1t標準來計算路徑開銷。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（3）指定端口選舉

在網(wǎng)段上抑制其他端口（無論是自己的還是其他設(shè)備的）發(fā)送BPDU報文的端口，就是該網(wǎng)段的指定端口。每個網(wǎng)段都應(yīng)該有一個指定端口，根橋的所有端口都是指定端口（除非根橋在物理上存在環(huán)路）。

指定端口的選舉也是首先比較累計路徑開銷，累計路徑開銷最小的端口就是指定端口。如果累計路徑開銷相同，則比較端口所在交換機的橋ID，所在橋ID最小的端口被選舉為指定端口。如果通過累計路徑開銷和所在橋ID選舉不出來，則比較端口ID，端口ID最小的被選舉為指定端口。

網(wǎng)絡(luò)收斂后，只有指定端口和根端口可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。其他端口為預(yù)備端口，被阻塞，不能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，只能夠從所連網(wǎng)段的指定交換機接收到BPDU報文，并以此來監(jiān)視鏈路的狀態(tài)，如圖所示。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（4）端口狀態(tài)的轉(zhuǎn)換STP的端口遷移機制如圖中所示。運行STP協(xié)議設(shè)備上的端口狀態(tài)有5種，分別是：①Forwarding：轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。端口既可轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量也可轉(zhuǎn)發(fā)BPDU報文，只有根端口或指定端口才能進入Forwarding狀態(tài)。②Learning：學習狀態(tài)。端口可根據(jù)收到的用戶流量構(gòu)建MAC地址表，但不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量。增加Learning狀態(tài)是為了防止臨時環(huán)路。③Listening：偵聽狀態(tài)。端口可以轉(zhuǎn)發(fā)BPDU報文，但不能轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量。④Blocking：阻塞狀態(tài)。端口僅僅能接收并處理BPDU，不能轉(zhuǎn)發(fā)BPDU，也不能轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量。此狀態(tài)是預(yù)備端口的最終狀態(tài)。⑤Disabled：禁用狀態(tài)。端口既不處理和轉(zhuǎn)發(fā)BPDU報文，也不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（5）BPDU

為了計算生成樹，交換機之間需要交換相關(guān)的信息和參數(shù)，這些信息和參數(shù)被封裝在BPDU（BridgeProtocolDataUnit）中，如圖所示。BPDU有兩種類型：配置BPDU和TCNBPDU。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（6）計時器STP協(xié)議中包含一些重要的時間參數(shù)，如圖所示，3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（7）根橋故障在穩(wěn)定的STP拓撲里，非根橋會定期收到來自根橋的BPDU報文。如圖拓撲所示，如果根橋發(fā)生了故障，停止發(fā)送BPDU報文，下游交換機就無法收到來自根橋的BPDU報文。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（8）直連鏈路故障如圖所示，本例中SWA和SWB使用了兩條鏈路互連，其中一條是主用鏈路，另外一條是備份鏈路。

當生成樹正常收斂之后，如果SWB檢測到根端口的鏈路發(fā)生物理故障，則其Alternate端口會遷移到Listening、Learning、Forwarding狀態(tài)，經(jīng)過兩倍的ForwardDelay后恢復(fù)到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（9）非直連故障如圖所示，本例中SWB與SWA之間的鏈路發(fā)生了某種故障（非物理層故障），SWB因此一直收不到來自SWA的BPDU報文。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（10）拓撲改變導致MAC地址表錯誤

在交換網(wǎng)絡(luò)中，交換機依賴MAC地址表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。缺省情況下，MAC地址表項的老化時間是300s。如果生成樹拓撲發(fā)生變化，則交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的路徑也會隨著發(fā)生改變，此時MAC地址表中未及時老化掉的表項會導致數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)錯誤，因此在拓撲發(fā)生變化后需要及時更新MAC地址表項，如圖所示。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（11）拓撲改變導致MAC地址表變化如圖所示，本例拓撲變化過程中，根橋通過TCNBPDU報文獲知生成樹拓撲里發(fā)生了故障。根橋生成TC用來通知其他交換機加速老化現(xiàn)有的MAC地址表項。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程3）STP生成樹協(xié)議交換機的3種生成樹協(xié)議模式。如圖所示。缺省情況下，華為X7系列交換機工作在MSTP模式。在使用STP前，STP模式必須重新配置。具體配置命令如下:[LWS]stpmode?

mstp

MultipleSpanningTreeProtocol(MSTP)mode

rstp

RapidSpanningTreeProtocol(RSTP)mode

stp

SpanningTreeProtocol(STP)mode[SWA]stpmodestp

[LWS]stppriority4096Apr15201616:15:33-08:00SWADS/4/DATASYNC_CFGCHANGE:OID1.3.6.1.4.1.2011.5.25.191.3.1configurationshavebeenchanged.Thecurrentchangenumberis4,thechangeloopcountis0,andthemaximumnumberofrecordsis4095.3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程4.RSTP技術(shù)（1）RSTPSTP協(xié)議雖然能夠解決環(huán)路問題，但是收斂速度慢，影響了用戶通信質(zhì)量。如果STP網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)頻繁變化，則網(wǎng)絡(luò)也會頻繁失去連通性，從而導致用戶通信頻繁中斷。IEEE于2001年發(fā)布的802.1w標準定義了快速生成樹協(xié)議RSTP（RapidSpanning-TreeProtocol），RSTP在STP基礎(chǔ)上進行了改進，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)拓撲快速收斂。（2）RSTP端口角色如圖所示,運行RSTP的交換機使用了Backup和Alternate兩個不同的端口角色來實現(xiàn)冗余備份。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（3）RSTP邊緣端口如圖所示，在本例中，RSTP位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的指定端口被稱為邊緣端口。（4）端口狀態(tài)RSTP把原來STP的5種端口狀態(tài)簡化成了3種，如表2所示。①

Discarding狀態(tài)：端口既不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量也不學習MAC地址。②

Learning狀態(tài)：端口不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量但是學習MAC地址。③

Forwarding狀態(tài)：端口既轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量又學習MAC地址。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（5）RSTBPDU

除了部分參數(shù)不同，RSTP使用了類似STP的BPDU報文，即RSTBPDU報文,如圖所示。（6）RSTP收斂過程RSTP收斂遵循STP基本原理。網(wǎng)絡(luò)初始化時，網(wǎng)絡(luò)中所有的RSTP交換機都認為自己是“根橋"，并設(shè)每個端口為指定端口。此時，端口為Discarding狀態(tài)，如圖所示。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（7）根橋失效、鏈路故障在STP中，當出現(xiàn)鏈路故障或根橋失效導致交換機收不到BPDU時，交換機需要等待MaxAge時間后才能確認出現(xiàn)了故障，如圖所示。

而在RSTP中，如果交換機的端口在連續(xù)3次HelloTimer規(guī)定的時間間隔內(nèi)沒有收到上游交換機發(fā)送的RSTBPDU，便會確認本端口和對端端口的通信失敗，從而需要重新進行RSTP的計算來確定交換機及端口角色。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（8）RSTP拓撲變化處理RSTP拓撲變化的處理類似于STP拓撲變化的處理，但也有些細微差別。

本例中，SWC發(fā)生鏈路故障，如圖所示。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（9）RSTP兼容RSTP是可以與STP實現(xiàn)后向兼容的，但在實際中，并不推薦這樣的做法，原因是RSTP會失去其快速收斂的優(yōu)勢，而STP慢速收斂的缺點會暴露出來，如圖所示。

當同一個網(wǎng)段里既有運行STP的交換機又有運行RSTP的交換機時，STP交換機會忽略接收到的RSTBPDU，而RSTP交換機在某端口上接收到STPBPDU時，會等待兩個HelloTime時間之后，把自己的端口轉(zhuǎn)換到STP工作模式，此后便發(fā)送STPBPDU，這樣就實現(xiàn)了兼容性操作。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（10）RSTP配置按照圖所示完成RSTP配置。（11）配置邊緣端口按照圖所示完成邊緣端口配置。邊緣端口啟用配置的命令如下：[SWC-GigabitEthernet0/0/3]stpedged-portenable啟動RSTP配置如下：[LWS]stpmoderstp3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程（12）根保護按照圖所示完成根保護的配置。根保護的功能配置的命令如下：[LWS]interfaceGigabitEthernet0/0/1[LWS-GigabitEthernet0/0/1]stproot-protection（13）BPDU保護按照圖所示完成BPDU保護的配置。BPDU保護的功能配置的命令如下：[LWS]stpbpdu-protection3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程3.3.2

項目設(shè)計1.配置需求1）配置交換機STP模式的方法。2）配置橋優(yōu)先級，控制根橋選舉的方法。3）配置端口優(yōu)先級及開銷，控制根端口和指定端口選舉的方法。2.拓撲設(shè)計本項目的網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖所示。3.IP地址設(shè)計本項目中設(shè)備接口地址設(shè)計方案如表所示。設(shè)備接

口IP地址子網(wǎng)掩碼默認網(wǎng)關(guān)S1GE0/0/1192.168.1.1255.255.255.0不適用GE0/0/2S2GE0/0/1192.168.2.1255.255.255.0不適用GE0/0/2設(shè)備接口

IP地址表3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程3.3.3

項目實施1.配置STP模式顯示STP模式的配置命令如下:[S1]stpmode?

mstp

MultipleSpanningTreeProtocol(MSTP)mode

rstp

RapidSpanningTreeProtocol(RSTP)mode

stp

SpanningTreeProtocol(STP)mode這里有3種模式可供選擇，我們以STP的實驗為例，選擇STP模式。具體命令如下：[S1]stpmodestp在S2上進行同樣的操作。2.

查看端口STP信息查看在端口中配置STP信息的命令如下:[S1]displaystpintg0/0/13.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程3.控制根交換機的選舉

根據(jù)根交換機的選舉規(guī)則，通過交換機的優(yōu)先級來改變根交換機的選舉。改變優(yōu)先級，使S2為根橋，S1為備份根橋。橋優(yōu)先級取值越小，則優(yōu)先級越高。把S1和S2的優(yōu)先級分別設(shè)置為8192和4096，具體命令如下：[S1]stppriority8192

[S2]stppriority4096

查看S1、S2的配置信息，并確認S2是否已經(jīng)成為根交換機，具體命令如下：[S2]displaystp

此時S2的這兩行信息已經(jīng)相等，即S2中的根交換機的橋ID指向的是自己的橋ID，所以此時S2又重新成為了新的根交換機。具體命令如下：[S1]displaystp

S1的這兩行信息已不再相等，且它的根交換機ID指向的是S2，說明此時S1成為了備份交換機。3.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程4.控制根端口選舉查看此時的S1與S2各自端口的角色，具體命令如下：[S1]displaystpbrief

MSTID

Port

Role

STPState

Protection

0

GigabitEthernet0/0/1

ROOT

FORWARDING

NONE

0

GigabitEthernet0/0/2

ALTE

DISCARDING

NONE

[S2]displaystpbrief在S1中，GE0/0/1為根端口，現(xiàn)在根據(jù)根端口的選舉原則，改變端口的優(yōu)先級，使得G0/0/2成為根端口。缺省情況下端口優(yōu)先級為128。端口優(yōu)先級取值越大，則優(yōu)先級越低。注意：在S2上，修改GE0/0/1的端口優(yōu)先級值為32，GE0/0/2的端口優(yōu)先級值為16。因此，S1上的GE0/0/2端口優(yōu)先級值大于S2的GE0/0/2端口優(yōu)先級，成為根端口。具體命令如下：[S1]intGigabitEthernet0/0/1[S1-GigabitEthernet0/0/1]stpportpriority32[S1-GigabitEthernet0/0/1]intGigabitEthernet0/0/2[S1-GigabitEthernet0/0/2]stpportpriority163.3交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與調(diào)試案例教程5.模擬鏈路故障關(guān)閉S1上面的GE0/0/2端口，并查看關(guān)閉后的STP端口狀態(tài),具體命令如下：[S1-GigabitEthern