网络工程设计概述课件

生成树协议内内容容1冗余拓扑结构概述2STP基本机制3STP增强机制4RSTP机制5MSTP机制6STP的应用设计与配置1冗余拓扑结构概述n nSTP是LAN交换技术的重要项目。n nSTP服务是园区网的基础逻辑构件。n nSTP是园区网设计的重点内容之一。1.冗余拓扑结构使用的原因2.冗余交换（桥接）拓扑结构带来的问题1.冗余拓扑结构使用的原因冗余拓扑冗余拓扑-使用多于正常情况下的连通资源（设使用多于正常情况下的连通资源（设备、接口、链路）形成的网络拓扑结构。备、接口、链路）形成的网络拓扑结构。消除单点故障消除单点故障-提高容错性、可靠性是网络建设提高容错性、可靠性是网络建设的主要目标之一。的主要目标之一。故障故障故障故障2.冗余交换（桥接）拓扑结构带来的问题冗余链路：出现物理环路。环路造成：a.广播风暴b.帧的反复重传和多个副本c.MAC地址表的不稳定等问题。a.广播风暴发送一个广播帧发送一个广播帧发送一个广播帧发送一个广播帧广播风暴广播风暴b.帧的反复重传和多个副本HUBHUBHUBHUBX XY Y交换机交换机A A交换机交换机B B单播单播单播单播c.MAC地址表的不稳定HUBHUBHUBHUBX XY Y交换机交换机A A交换机交换机B B第一帧第一帧第一帧第一帧环路问题的解决方法-使用STP协议生成无环树主要链路正主要链路正常时，断开常时，断开备份链路备份链路主要链路出故主要链路出故障时障时,自动启自动启用备份链路用备份链路HUBHUBHUBHUBX XY Y交换机交换机A A交换机交换机B B单播单播单播单播主链路主链路主链路主链路备份链路备份链路备份链路备份链路2STP基本机制1.STP概念2.生成树算法3.生成树协议端口的状态1.STP概念生成树协议（生成树协议（生成树协议（生成树协议（spanning-treeprotocolspanning-treeprotocol）由）由）由）由IEEEIEEE802.1d802.1d标准定义标准定义标准定义标准定义STP STP STP STP 持续探测网络，以便在链路、交换机失效或增持续探测网络，以便在链路、交换机失效或增持续探测网络，以便在链路、交换机失效或增持续探测网络，以便在链路、交换机失效或增加时加时加时加时，通过通过通过通过SPASPA自动重新配置它们的端口，自动重新配置它们的端口，自动重新配置它们的端口，自动重新配置它们的端口，自动切自动切自动切自动切换到备份链路，保证网络的正常通信换到备份链路，保证网络的正常通信换到备份链路，保证网络的正常通信换到备份链路，保证网络的正常通信。STPSTP的作用的作用的作用的作用是通过是通过是通过是通过SPASPA（生成树算法）在网络中发（生成树算法）在网络中发（生成树算法）在网络中发（生成树算法）在网络中发现物理环路时，并自动地在逻辑上阻塞一个或多个现物理环路时，并自动地在逻辑上阻塞一个或多个现物理环路时，并自动地在逻辑上阻塞一个或多个现物理环路时，并自动地在逻辑上阻塞一个或多个冗余端口，从而获得无环路的拓扑。冗余端口，从而获得无环路的拓扑。冗余端口，从而获得无环路的拓扑。冗余端口，从而获得无环路的拓扑。2.生成树算法IEEE802.1DIEEE802.1D标准定义了的标准定义了的STPSTP。STPSTP通过网桥协议数据单元（通过网桥协议数据单元（BPDUBPDU）传递）传递STASTA用于计算用于计算生成树的有关信息。生成树的有关信息。BPDUBPDU：二层报文。二层报文。目的目的MACMAC地址是组播地址：地址是组播地址：0188-C200-00000188-C200-0000包括用于计算生成树的四个参数：包括用于计算生成树的四个参数：RootBridgeIDRootBridgeID（BIDBID）-本交换机认为的根桥本交换机认为的根桥IDIDRootPathCost-RootPathCost-本交换机认为的根路径开销本交换机认为的根路径开销BridgeID-BridgeID-本交换机的桥本交换机的桥IDIDPortID-PortID-发送该发送该BPDUBPDU的端口的端口IDID等信息等信息生成树工作机制1.1.网络中选择了一个交换机为根交换机（网络中选择了一个交换机为根交换机（网络中选择了一个交换机为根交换机（网络中选择了一个交换机为根交换机（RootBridgeRootBridge）；）；）；）；2.2.每个交换机都计算出了到根交换机（每个交换机都计算出了到根交换机（每个交换机都计算出了到根交换机（每个交换机都计算出了到根交换机（RootBridgeRootBridge）的最短）的最短）的最短）的最短 路径；路径；路径；路径；3.3.所有非根交换机都有一个根口（所有非根交换机都有一个根口（所有非根交换机都有一个根口（所有非根交换机都有一个根口（RootPortRootPort），），），），即提供最短路径到根交换机（即提供最短路径到根交换机（即提供最短路径到根交换机（即提供最短路径到根交换机（RootBridgeRootBridge）的端口；）的端口；）的端口；）的端口；4.4.每个每个每个每个LANLAN都有了指定交换机（都有了指定交换机（都有了指定交换机（都有了指定交换机（DesignatedBridgeDesignatedBridge），位于），位于），位于），位于该该该该LANLAN与根交换机之间的最短路径中。指定交换机和与根交换机之间的最短路径中。指定交换机和与根交换机之间的最短路径中。指定交换机和与根交换机之间的最短路径中。指定交换机和LANLAN相连相连相连相连的端口称为指定端口（的端口称为指定端口（的端口称为指定端口（的端口称为指定端口（DesignatedportDesignatedport）；）；）；）；6.6.其他的冗余端口就处于阻塞状态（其他的冗余端口就处于阻塞状态（其他的冗余端口就处于阻塞状态（其他的冗余端口就处于阻塞状态（BlockingBlocking或或或或DiscardingDiscarding）。）。）。）。5.5.根口（根口（根口（根口（Roor portRoor portRoor portRoor port）和指定端口（）和指定端口（）和指定端口（）和指定端口（Designated portDesignated portDesignated portDesignated port）进入转）进入转）进入转）进入转发发发发ForwardingForwardingForwardingForwarding状态；状态；状态；状态；STP收敛的3个阶段阶段阶段阶段阶段1 1：选举根桥选举根桥(RootBridge)(RootBridge)。阶段阶段阶段阶段2 2：选举根端口选举根端口(RootPorts)(RootPorts)。阶段阶段阶段阶段3 3：选举指定端口选举指定端口(DesignatedPorts)(DesignatedPorts)。注意：注意：n n根端口在交换机内接口间比较并选举；根端口在交换机内接口间比较并选举；n n指定端口在交换机的连接端口间比较并选举；指定端口在交换机的连接端口间比较并选举；n n收敛就是确定了根桥和所有的根端口及指定端口收敛就是确定了根桥和所有的根端口及指定端口,就此就此阻塞冗余端口，消除环路阻塞冗余端口，消除环路判定最佳路径的四个步骤步骤步骤1 1：确定根桥：确定根桥(RootBridge)(RootBridge)步骤步骤2 2：计算到根桥的最小路径开销：计算到根桥的最小路径开销步骤步骤3 3：确定最小的发送：确定最小的发送BID(SenderBID)BID(SenderBID)步骤步骤4 4：确定最小的端口：确定最小的端口ID(PortID)ID(PortID)注意：注意：每次重新确定根桥，就要计算一次最小路径开销，并重新每次重新确定根桥，就要计算一次最小路径开销，并重新选举根端口和指定端口。选举根端口和指定端口。最佳路径即经由一串指定端口、根端口到达根桥的路径。最佳路径即经由一串指定端口、根端口到达根桥的路径。步骤步骤3 3、4 4只在需要时才启用。只在需要时才启用。收敛过程中的BPDU交换交换机启动交换机启动每每2 2秒发送秒发送BPDUBPDUR.BID=BID,R.Cost=0R.BID=BID,R.Cost=0认自为根，并宣告认自为根，并宣告收到来自收到来自X X更更好的好的BPDU?BPDU?接收端口存储该更佳接收端口存储该更佳BPDU,BPDU,停发原停发原BPDUBPDU以每个收到的最佳以每个收到的最佳BPDUBPDU按按4 4个步骤重新计算根桥个步骤重新计算根桥和最佳路径和最佳路径,修改修改BPDUBPDU参数并转发参数并转发BPDUBPDUN NY Y步骤1：根交换机的选择BridgeIDBridgeID最小的交换机为根交换机；最小的交换机为根交换机；BridgeIDBridgeID：每个交换机唯一的桥：每个交换机唯一的桥IDID，由交换机优先级和，由交换机优先级和MacMac地址组合而成；地址组合而成；交换机优先级和交换机优先级和MacMac地址越小则地址越小则BridgeIDBridgeID就越小。就越小。比较两个比较两个BIDBID的原则如下：的原则如下：假设假设(s(s，t)t)和和(u,v)(u,v)代表两个代表两个BIDBID，(优先级，优先级，MACMAC地址地址)当且仅当当且仅当:su:su或或 s=us=u且且tvtv时，时，(s(s，t)(u,v)t)(u,v)。网桥优先级网桥优先级(2(2字节字节)MACMAC地址（地址（6 6字节）字节）缺省值缺省值3276832768xxxx-xxxx-xxxxxxxx-xxxx-xxxx步骤2：计算到根桥的最小路径开销-选举根端口a.a.开销定义：开销定义：原来原来链路链路开销开销-链路带宽链路带宽/1000Mbps/1000Mbps更新后为：更新后为：带宽带宽STPSTP开销开销 802.1D802.1DSTPSTP开销开销 802.1T802.1T4Mbps4Mbps25025010Mbps10Mbps1001002000000200000016Mbps16Mbps626245Mbps45Mbps3939100Mbps100Mbps1919200000200000155Mbps155Mbps1414622Mbps622Mbps6 61Gbps1Gbps4 4200002000010Gbps10Gbps2 220002000b.b.最小根路径开销计算最小根路径开销计算-假设假设SwASwA为根交换机为根交换机 1919Cost 38Cost 381919SwBSwBSwASwASwCSwCSwDSwDSwESwE1001001919100100比较本交换机各端口到达根交换机路径的开销比较本交换机各端口到达根交换机路径的开销-到达根桥的到达根桥的链路开销之和。链路开销之和。Cost 119Cost 1190 00 0根端口根端口步骤3：确定最小的发送BID(SenderBID)（阶段阶段阶段阶段2 2：选举根端口）选举根端口）如果路径开销相同，则比较发送如果路径开销相同，则比较发送BPDUBPDU交换机的交换机的Bridge IDBridge ID，见图，见图 显然：显然：SwDSwD是根，是根，CostC-A-D=CostC-B-DCostC-A-D=CostC-B-DSwCSwC从从SwASwA和和SwBSwB收到收到BPDU,SwABPDU,SwA具有更小的具有更小的BIDBID则则:最佳路径最佳路径 C-A-D,C-A-D,f0/8f0/8为根端口为根端口。Mac:00d0f80000f1Mac:00d0f80000f1Sw CSw CSw BSw BSw DSw DSw ASw AMac:00d0f80000d1Mac:00d0f80000d1Mac:00d0f80000f2Mac:00d0f80000f21919191919191919Mac:00d0f80000f3Mac:00d0f80000f3BID:BID:优先级优先级 3276832768BID:BID:优先级优先级 3276832768BID:BID:优先级优先级 3276832768BID:BID:优先级优先级 3276832768F0/8F0/8F0/9F0/9步骤步骤步骤步骤4-14-1：确定最小的端口：确定最小的端口：确定最小的端口：确定最小的端口ID(PortID)ID(PortID)（阶段阶段阶段阶段2 2：选举根端口）选举根端口）如果发送者如果发送者如果发送者如果发送者Bridge IDBridge IDBridge IDBridge ID相同（即同一台交换），则比较相同（即同一台交换），则比较相同（即同一台交换），则比较相同（即同一台交换），则比较发送者发送者发送者发送者交交交交换机的换机的换机的换机的port IDport IDport IDport ID。则：最短路径则：最短路径则：最短路径则：最短路径 C7-A1-DC7-A1-D，f0/7f0/7为根端口为根端口Sw CSw CSw BSw BSw DSw DSw ASw Af0/1f0/1f0/2f0/2Mac:00d0f80000f1Mac:00d0f80000f1Mac:00d0f80000d1Mac:00d0f80000d1Mac:00d0f80000f2Mac:00d0f80000f21919191919191919Mac:00d0f80000f3Mac:00d0f80000f3BID:BID:优先级优先级 3276832768BID:BID:优先级优先级 3276832768BID:BID:优先级优先级 3276832768BID:BID:优先级优先级 3276832768端口端口端口优先级端口优先级(1(1字节字节)端口编号（端口编号（1 1字节）字节）F0/1F0/1缺省值缺省值1281281 1F0/2F0/2缺省值缺省值1281282 2f0/7f0/7f0/8f0/8设设设设(s,t)(s,t)和和和和(u,v)(u,v)为两个端口为两个端口为两个端口为两个端口ID,ID,s s端口优先级端口优先级端口优先级端口优先级;t:;t:端口号。端口号。端口号。端口号。当且仅当当且仅当当且仅当当且仅当:su或或或或 s=us=u且且且且tvtv时时时时,(s,t)(u,v)(s,t)(u,v)。f0/9f0/9步骤步骤4-2：确定最小的端口：确定最小的端口ID(PortID)（阶段阶段阶段阶段2 2：选举根端口）选举根端口）如果发送者如果发送者Port IDPort ID相同，则比较接收者的相同，则比较接收者的portIDportID。最短路径最短路径最短路径最短路径 C6-A1-D,C6-A1-D,f0/6f0/6为根端口为根端口7 7 6 61 1Sw CSw CSw BSw BSw DSw DSw ASw AHUBHUB8 8Mac:00d0f80000f1Mac:00d0f80000f1Mac:00d0f80000d1Mac:00d0f80000d1Mac:00d0f80000f2Mac:00d0f80000f21919191919191919Mac:00d0f80000f3Mac:00d0f80000f3BIDBID优先级优先级 3276832768BIDBID优先级优先级 3276832768BIDBID优先级优先级 3276832768BID:BID:优先级优先级 3276832768f0/1f0/1f0/2f0/2f0/7f0/7f0/8f0/8f0/9f0/92 2阶段阶段3：选举指定端口与选举根端口同时进行n n如果每个网段到达根桥只有一条通路如果每个网段到达根桥只有一条通路,则无环路。则无环路。n n指定端口：连接网段并通往根桥的唯一端口，指定端口：连接网段并通往根桥的唯一端口，负责发送和接收该网段和根桥之间的流量。负责发送和接收该网段和根桥之间的流量。n n指定网桥：指定端口所在的网桥指定网桥：指定端口所在的网桥(交换机交换机)。n n指定端口在交换机的连接端口间比较并选举。指定端口在交换机的连接端口间比较并选举。n n基于基于步骤步骤1 1：确定根桥：确定根桥(RootBridge)(RootBridge)步骤步骤2 2：计算到根桥的最小路径开销：计算到根桥的最小路径开销步骤步骤3 3：确定最小的发送：确定最小的发送BID(SenderBID)BID(SenderBID)步骤步骤4 4：确定最小的端口：确定最小的端口ID(PortID)ID(PortID)选举指定端口。选举指定端口。SwD.F0/2.R.Cost=0SwA.F0/1.R.Cost=19SwD.F0/2.R.Cost=0SwA.F0/1.R.Cost=19SwD.F0/1.R.Cost=0SwB.F0/2.R.Cost=19SwD.F0/1.R.Cost=0SwB.F0/2.R.Cost=19SwA.F0/2.R.Cost=19SwC.F0/8.R.Cost=38SwA.F0/2.R.Cost=19SwC.F0/8.R.Cost=38SwB.F0/2.R.Cost=19SwC.F0/2.R.Cost=38SwB.F0/2.R.Cost=19SwC.F0/2.R.Cost=38Mac:00d0f80000f2Mac:00d0f80000f2Mac:00d0f80000f1Mac:00d0f80000f1Sw CSw CSw BSw BSw DSw DSw ASw AMac:00d0f80000d1Mac:00d0f80000d11919191919191919Mac:00d0f80000f3Mac:00d0f80000f3BID:BID:优先级优先级 3276832768BID:BID:优先级优先级 3276832768BID:BID:优先级优先级 3276832768F0/8F0/8F0/9F0/9F0/2F0/2F0/2F0/2F0/1F0/1F0/1F0/1F0/2F0/2F0/1F0/1F0/2F0/2消除环路n n根端口和指定端口为转发根端口和指定端口为转发n n非指定端口被阻塞非指定端口被阻塞Mac:00d0f80000f1Mac:00d0f80000f1Sw CSw CSw BSw BSw DSw DSw ASw AMac:00d0f80000d1Mac:00d0f80000d1Mac:00d0f80000f2Mac:00d0f80000f21919191919191919Mac:00d0f80000f3Mac:00d0f80000f3BID:BID:优先级优先级 3276832768BID:BID:优先级优先级 3276832768BID:BID:优先级优先级 3276832768F0/8F0/8F0/9F0/9F0/2F0/2F0/2F0/2F0/1F0/1F0/1F0/1F0/2F0/2F0/1F0/1F0/2F0/2生成树协议端口的状态BlockBlockListeningListeninglearninglearningForwardingForwarding2020秒最大生存时间秒最大生存时间秒最大生存时间秒最大生存时间1515秒转发延时秒转发延时秒转发延时秒转发延时1515秒转发延时秒转发延时秒转发延时秒转发延时阻塞状态交换机初始化或被交换机指定为非根端口、非指定交换机初始化或被交换机指定为非根端口、非指定端口后的状态端口后的状态端口行为端口行为丢弃从所连接的网段上收到的数据帧或其他端口丢弃从所连接的网段上收到的数据帧或其他端口交换来的帧。交换来的帧。接收接收BPDUBPDU并传递给系统模块。并传递给系统模块。不更新地址数据库。不更新地址数据库。不传递从系统模块收到的不传递从系统模块收到的BPDUBPDU。接收并响应网络管理消息接收并响应网络管理消息。监听状态-过渡状态阻塞状态阻塞状态-监听状态监听状态首次启动后自认为是根桥首次启动后自认为是根桥运行在监听状态的端口运行在监听状态的端口MaximumTimeMaximumTime内未收到内未收到BPDUBPDU时时端口行为端口行为丢弃所连接网段收到的帧或其他端口交换来的帧。丢弃所连接网段收到的帧或其他端口交换来的帧。不更新地址数据库。不更新地址数据库。接收接收BPDUBPDU并直接传递给系统模块。并直接传递给系统模块。接收、处理并传递从系统模块收到的接收、处理并传递从系统模块收到的BPDUBPDU。接收并响应网络管理消息。接收并响应网络管理消息。三个收敛步骤发生在监听状态三个收敛步骤发生在监听状态学习状态-过渡状态缺省缺省1515秒（秒（由转发延迟定时器控制）由转发延迟定时器控制）的监听状态保持延的监听状态保持延时后进入。时后进入。端口行为：端口行为：丢弃所连接网段收到的帧或其他端口交换来的帧。丢弃所连接网段收到的帧或其他端口交换来的帧。将位置状态包含进自己的地址数据库里。将位置状态包含进自己的地址数据库里。接收接收BPDUBPDU并直接传递给系统模块。并直接传递给系统模块。接收、处理并传递从系统模块收到的接收、处理并传递从系统模块收到的BPDUBPDU。接收并响应网络管理消息接收并响应网络管理消息。学习：减少了数据转发开始后所需的泛洪次数。学习：减少了数据转发开始后所需的泛洪次数。转发状态缺省缺省1515秒（秒（由转发延迟定时器控制）由转发延迟定时器控制）的学习状态保持延的学习状态保持延时后进入。时后进入。端口行为：端口行为：转发从所连接网段上收到的帧。转发从所连接网段上收到的帧。转发从其他端口交换来需要转发的帧。转发从其他端口交换来需要转发的帧。将位置状态信息包含进自己的地址数据库。将位置状态信息包含进自己的地址数据库。接收接收BPDUBPDU，并将其直接传递到系统模块。，并将其直接传递到系统模块。处理从系统模块来的处理从系统模块来的BPDUBPDU。接收并响应网络管理消息。接收并响应网络管理消息。STP状态转换图1.1.端口启动或初始化端口启动或初始化端口启动或初始化端口启动或初始化2.2.端口停用或失败端口停用或失败端口停用或失败端口停用或失败3.3.端口被选作根端口端口被选作根端口端口被选作根端口端口被选作根端口或指定端口或指定端口或指定端口或指定端口4.4.端口被取消根端口端口被取消根端口端口被取消根端口端口被取消根端口或指定端口或指定端口或指定端口或指定端口5.5.转发状态计时器超转发状态计时器超转发状态计时器超转发状态计时器超时时时时6.PortFast6.PortFast7.UplinkFast7.UplinkFastBlockBlockListeningListeninglearninglearningForwardingForwardingDisabledDisabled或或或或DownDown1 12 22 22 22 23 34 44 44 45 55 56 67 7STP定时HelloTime:HelloTime:发送发送BPDUBPDU的时间间隔。缺省的时间间隔。缺省:2:2秒秒根桥源发，其他转发。根桥源发，其他转发。ForwardDelay:ForwardDelay:监听和学习状态的停留时间监听和学习状态的停留时间.缺省缺省:15:15秒秒MaxAgeMaxAge：最佳：最佳BPDUBPDU的最大存储的最大存储(保留保留)时间时间.STPSTP收敛时间收敛时间30503050秒秒5050秒的情况秒的情况:阻塞状态端口阻塞状态端口20(MaxAge)20(MaxAge)秒未收到秒未收到BPDUBPDU。20+15+15=5020+15+15=50。3030秒的情况秒的情况:阻塞状态端口测试到链路故障。阻塞状态端口测试到链路故障。15+15=3015+15=303STP增强机制加速STP收敛,避免对其他协议和应用的影响1.1.配置配置STPSTP定时器。定时器。要慎重要慎重。2.PortFast2.PortFast。配置接入接口或中继接口（连接服务器的中继口）配置接入接口或中继接口（连接服务器的中继口）为为STPPortFastSTPPortFast。switch(config-if)#spanning-treeportfastswitch(config-if)#spanning-treeportfast设备接入端口设备接入端口(初始化）初始化）2 2秒内转换到转发状态。秒内转换到转发状态。3.UplinkFast3.UplinkFast交换机有冗余上连口时，配置交换机有冗余上连口时，配置STPUplinkFastSTPUplinkFast，根端口失效时快速将冗余上连口转换为转发状态根端口失效时快速将冗余上连口转换为转发状态4.BackboneFast4.BackboneFast发现非直连链路故障时，提高收敛速度。发现非直连链路故障时，提高收敛速度。PortFast作用示例Switch(config)#Switch(config)#spanning-treeportfastdefaultspanning-treeportfastdefault/全局启全局启用用PortFastPortFast特性特性-/-/Switch(config-if)#Switch(config-if)#spanning-treeportfasttrunkspanning-treeportfasttrunk/基于基于接口的启用接口的启用PortFastPortFast特性特性/Switch(config-if)#Switch(config-if)#spanning-treeportfastdisablespanning-treeportfastdisable/禁用禁用PortFastPortFast特性特性注意注意,如果要在如果要在trunktrunk端口启用该特性端口启用该特性,先要确先要确保该保该trunktrunk端口不会引起环路端口不会引起环路.UplinkFast作用示例Switch(config)#spanning-treeuplinkfast 分级网络的UplinkFast应用示例根桥根桥根桥根桥活动链路活动链路活动链路活动链路阻塞链路阻塞链路阻塞链路阻塞链路BackboneFast作用举例当根端口或阻塞端口从指定桥收到一个劣质当根端口或阻塞端口从指定桥收到一个劣质BPDU(BPDU(根桥或指根桥或指定桥角色不一致的定桥角色不一致的BPDUBPDU）时启动。）时启动。意味有一非直连链路故障意味有一非直连链路故障,其上的指定网桥失去与根桥的连接其上的指定网桥失去与根桥的连接减少减少2020秒忽略劣质秒忽略劣质BPDUBPDU的延时的延时(把最大生存周期的把最大生存周期的2020秒给老化掉秒给老化掉)加快重新计算生成树的速度加快重新计算生成树的速度。根根指定指定根根指定指定根根4RSTP机制快速生成树协议RSTP(Rapid Spannning Tree Protocol)IEEE 802.1WRSTP协议在STP（802.1d)协议基础上做了三点重要改进，使得拓扑变化时收敛速度快得多（最快1秒以内）RSTPRSTP是对是对STPSTP的扩展，主要是增加了端口状态快速的扩展，主要是增加了端口状态快速切换的机制，能够实现网络拓扑的快速转换切换的机制，能够实现网络拓扑的快速转换第一点改进：分别为根端口和指定端口设置了快速切换用的替第一点改进：分别为根端口和指定端口设置了快速切换用的替 换端口（换端口（Alternate PortAlternate Port）和备份端口（）和备份端口（Backup PortBackup Port）两）两 种角色，当根端口种角色，当根端口/指定端口失效的情况下，替换端口指定端口失效的情况下，替换端口/备份备份 端口就会端口就会无时延无时延地进入转发状态。地进入转发状态。第二点改进：在只连接了两个交换端口的点对点链路中，第二点改进：在只连接了两个交换端口的点对点链路中，指定端口只需与下游交换机进行指定端口只需与下游交换机进行一次握手一次握手就可以就可以无时延无时延地进地进 入转发状态。入转发状态。第三点改进：直接与终端相连而不是把与其他交换机相连的第三点改进：直接与终端相连而不是把与其他交换机相连的 端口定义为边缘端口（端口定义为边缘端口（Edge PortEdge Port）。边缘端口可以）。边缘端口可以直接进直接进 入入转发状态，转发状态，不需要任何延时不需要任何延时。端口角色Root portRoot port具有到根交换机的最短路径的端口。具有到根交换机的最短路径的端口。具有到根交换机的最短路径的端口。具有到根交换机的最短路径的端口。Designated portDesignated port每个每个每个每个LANLANLANLAN的通过该口连接到根交换机。的通过该口连接到根交换机。的通过该口连接到根交换机。的通过该口连接到根交换机。Alternate portAlternate port根端口的替换口，一旦根端口失效，该口就立刻变为根端口。根端口的替换口，一旦根端口失效，该口就立刻变为根端口。根端口的替换口，一旦根端口失效，该口就立刻变为根端口。根端口的替换口，一旦根端口失效，该口就立刻变为根端口。Backup portBackup portDesignated Designated Designated Designated portportportport的的的的备备备备份份份份口口口口，当当当当一一一一个个个个交交交交换换换换机机机机有有有有两两两两个个个个端端端端口口口口都都都都连连连连接接接接在在在在一一一一个个个个LANLANLANLAN上上上上，那那那那么么么么高高高高优优优优先先先先级级级级的的的的端端端端口口口口为为为为Designated Designated Designated Designated portportportport，低低低低优优优优先先先先级级级级的的的的端口为端口为端口为端口为Backup portBackup portBackup portBackup port。DisabledDisabledDisabledDisabled port port禁止端口。禁止端口。禁止端口。禁止端口。端口角色图示R RA AD DD DD DB BHUBHUB端口状态每个端口有三个状态（portstate）来表示是否转发数据包，从而控制着整个生成树拓朴结构。Discarding：既不对收到的帧进行转发，也不进行源Mac地址学习。Learning：不对收到的帧进行转发，但进行源Mac地址学习，这是个过渡状态。Forwarding：既对收到的帧进行转发，也进行源Mac地址的学习。边缘端口的状态转换依赖两个参数依赖两个参数 端口类型：边缘端口端口类型：边缘端口(不会收到不会收到BPDU)BPDU)或非边缘端口或非边缘端口.边缘端口边缘端口直接直接到转发态。到转发态。链路类型：点到点链接，共享链接链路类型：点到点链接，共享链接.点到点链接可快速转换。点到点链接可快速转换。HUBHUB链接型链接型链接型链接型（点到点）（点到点）（点到点）（点到点）链接型链接型链接型链接型（共享）（共享）（共享）（共享）边缘型边缘型边缘型边缘型（共享）（共享）（共享）（共享）边缘型边缘型边缘型边缘型（点到点）（点到点）（点到点）（点到点）根根根根端口角色确定以及链路端口的状态转换交换机收到最佳交换机收到最佳BPDUBPDU的端口为根端口的端口为根端口发送最佳发送最佳BPDUBPDU到网段的端口为指定端口到网段的端口为指定端口从其他交换机收到更佳从其他交换机收到更佳BPDUBPDU的端口为替换端口的端口为替换端口从同一交换机收到更佳从同一交换机收到更佳BPDUBPDU的端口为备份端口的端口为备份端口确定端口角色后转到转发或丢弃状态确定端口角色后转到转发或丢弃状态确定端口角色后点对点链路一次握手就转到转发状态RSTP例示冗余拓扑有环路RSTP例示冗余拓扑STP收敛无环路R=RootportD=DesignatedportA=AlternateportB=BackupportRSTP例示链路故障/改变STP重计算RSTP例示STP再收敛无环路6.5MSTP1.VLAN模式2.STP和RSTP的问题3.MSRP机制VLAN模式STP:STP:基于基于802.1Q802.1Q标准，在标准，在VLAN1VLAN1上传送上传送BPDU,BPDU,定义一棵用定义一棵用于所有于所有VLANVLAN的的CSTCST（CommonSTCommonST）PVST:PVST:基于基于CISCOISLCISCOISL（Pre-VLANSTPre-VLANST）PVST+:PVST+:同时支持同时支持PVSTPVST和和CSTCST。MST:MonoST,MST:MonoST,非非cisco802.1Qcisco802.1Q交换机的交换机的STPSTP实现实现,类似类似CSTCST。MST:MultipleST.MST:MultipleST.基于基于802.1S(802.1S(对对802.1Q802.1Q的一个修订）的一个修订）MSTPMSTP（MISTPMISTP）：）：MultipleInstanceofSTPMultipleInstanceofSTP。一种。一种MSTMST。按。按VLANVLAN组定义组定义STST，是，是PVSTPVST和和MST(CST)MST(CST)的折中。的折中。多厂商设备环境需要协调模式。多厂商设备环境需要协调模式。生成树协议802.1DSTP作为一种纯二层协议，通过在交换网络中建立一个最佳的树型拓扑结构实现了两个重要功能：环路避免和冗余。但是这种传统的生成树协议IEEE802.1D在实际应用中并不多，因为其有几个非常明显的缺陷:收敛慢，而且浪费了冗余链路的带宽。作为STP的升级版本，IEEE802.1WRSTP解决了收敛慢的问题，但是仍然不能有效利用冗余链路做负载分担。因此在实际工程应用中，往往会选用802.1SMSTP技术。生成树模式的选择生成树模式的选择RSTPRSTP和和STPSTP属于单生成树属于单生成树SSTSST（SingleSpanningSingleSpanningTreeTree），其缺陷主要表现在三个方面），其缺陷主要表现在三个方面第一点缺陷：由于整个交换网络只有一棵生成树，第一点缺陷：由于整个交换网络只有一棵生成树，在网络规模比较大的时候会导致较长的收敛时间，在网络规模比较大的时候会导致较长的收敛时间，拓扑改变的影响面也较大。拓扑改变的影响面也较大。第二点缺陷：近些年第二点缺陷：近些年IEEE802.1QIEEE802.1Q逐渐成为交换逐渐成为交换机的标准协议。在网络结构对称的情况下，单生机的标准协议。在网络结构对称的情况下，单生成树也没什么大碍。但是，在网络结构不对称的成树也没什么大碍。但是，在网络结构不对称的时候，单生成树就会影响网络的连通性。时候，单生成树就会影响网络的连通性。第三点缺陷：当链路被阻塞后将不承载任何流量，第三点缺陷：当链路被阻塞后将不承载任何流量，造成了带宽的极大浪费，这在环行城域网的情况造成了带宽的极大浪费，这在环行城域网的情况下比较明显。下比较明显。这些缺陷都是单生成树这些缺陷都是单生成树SSTSST无法克服的，于是支无法克服的，于是支持持VLANVLAN的多生成树协议出现了。的多生成树协议出现了。A AB BVLAN10VLAN10D DC CVLAN10VLAN10VLAN20VLAN20VLAN20VLAN20A AB BVLAN10VLAN10D DC CVLAN10VLAN10VLAN20VLAN20VLAN20VLAN202.STP和RSTP的问题STP、RSTP与vlan没有任何联系问题问题1:1:单生成树单生成树 或或SST,SST,可能使可能使 VLANVLAN不完整。不完整。问题2：单生成树使流量不均衡-交换机负载不均匀根桥根桥根桥根桥3.MSRP机制STPSTP、RSTPRSTP的基础上发展而来的新的生成树协议。的基础上发展而来的新的生成树协议。可以把一个或多个可以把一个或多个vlanvlan划分为一个划分为一个instance(instance(实例）。实例）。有着相同有着相同instanceinstance配置的交换机就组成一个域（配置的交换机就组成一个域（MSTPMSTPregionregion）。）。每个域运行独立的生成树每个域运行独立的生成树(IST,internalspanning-tree(IST,internalspanning-tree）将每个将每个MSTregionMSTregion内的交换机看成一个大交换机。内的交换机看成一个大交换机。这些大交换机再进行生成树运算这些大交换机再进行生成树运算,得出一个整体的生成得出一个整体的生成树。树。解决问题1：无环路+完整VLANA AB BVLAN10VLAN10D DVLAN10VLAN10VLAN10VLAN10VLAN20VLAN20VLAN10VLAN10VLAN20VLAN20C CVLAN20VLAN20MSTPMSTPRegion1Region1MSTPMSTPRegion1Region1CSTCST解决问题2：交换机负载均衡典型链路冗余网络：接入层交换机到汇聚交换机有两条链路典型链路冗余网络：接入层交换机到汇聚交换机有两条链路 上行链路被阻塞而浪费链路带宽使用使用802.1DSTP802.1DSTP或或802.1WRSTP802.1WRSTP，能够实现链路冗余，但，能够实现链路冗余，但会导致会导致S2126GS2126G的某条上行链路被阻塞而浪费链路带宽。的某条上行链路被阻塞而浪费链路带宽。使用MSTP实现链路冗余和负载分担MSTP的配置实例：S2126G配置 命 令 含 义S2126G(config)#spanning-tree mode mst选择生成树模式为MSTS2126G(config)#spanning-tree mst configuration进入MST配置模式S2126G(config-mst)#instance 10 vlan 10将VLAN10映射到Instance 10S2126G(config-mst)#instance 20 vlan 20将VLAN20映射到Instance 20S2126G(config)#spanning-tree 开启生成树MSTP的配置实例S3550-1配置 命 令 含 义S3550-1(config)#spanning-tree mode mst选择生成树模式为MSTS3550-1(config)#spanning-tree mst configuration进入MST配置模式S3550-1(config-mst)#instance 10 vlan 10将VLAN10映射到Instance 10S3550-1(config-mst)#instance 20 vlan 20将VLAN20映射到Instance 20S3550-1(config)#spanning-tree mst 10 priority 4096将S3550-1设置为Instance10的根桥S3550-1(config)#spanning-tree mst 20 priority 8192将S3550-1设置为Instance20的备用根桥S3550-1(config)#spanning-tree 开启生成树MSTP的配置实例S3550-2配置 命 令 含 义S3550-2(config)#spanning-tree mode mst 选择生成树模式为MSTS3550-2(config)#spanning-tree mst configuration进入MST配置模式S3550-2(config-mst)#instance 10 vlan 10将VLAN10映射到Instance 10S3550-2(config-mst)#instance 20 vlan 20将VLAN20映射到Instance 20S3550-2(config)#spanning-tree mst 20 priority 4096将S3550-2设置为Instance20的根桥S3550-2(config)#spanning-tree mst 10 priority 8192将S3550-2设置为Instance10的备用根桥S3550-2(config)#spanning-tree 开启生成树注意在配置完在配置完在配置完在配置完S3550-1S3550-1在在在在Instance10Instance10中的根桥优先级中的根桥优先级中的根桥优先级中的根桥优先级后，将其设置成另一个实例的备用根桥。使得主后，将其设置成另一个实例的备用根桥。使得主后，将其设置成另一个实例的备用根桥。使得主后，将其设置成另一个实例的备用根桥。使得主用链路失效不导致用链路失效不导致用链路失效不导致用链路失效不导致S2126GS2126G被选举为根桥，因为一被选举为根桥，因为一被选举为根桥，因为一被选举为根桥，因为一旦出现旦出现旦出现旦出现,Instance20,Instance20使得使得使得使得VLAN20VLAN20的所有流量都必的所有流量都必的所有流量都必的所有流量都必须经过须经过须经过须经过S2126GS2126G这种接入层交换机。这种接入层交换机。这种接入层交换机。这种接入层交换机。MSTPMSTP协议本身不关心一个端口属于哪个协议本身不关心一个端口属于哪个协议本身不关心一个端口属于哪个协议本身不关心一个端口属于哪个vlanvlan，所以应该根据实际的所以应该根据实际的所以应该根据实际的所以应该根据实际的vlanvlan配置情况来为相关端口配置情况来为相关端口配置情况来为相关端口配置情况来为相关端口配置对应的配置对应的配置对应的配置对应的pathcostpathcost和和和和prioritypriority，以防，以防，以防，以防MSTPMSTP协协协协议打断了不该打断的环路。议打断了不该打断的环路。议打断了不该打断的环路。议打断了不该打断的环路。6.6STP的应用设计与配置典型冗余链路和冗余交换机园区交换网构建快典型冗余链路和冗余交换机园区交换网构建快TRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKvlan33vlan33vlan44vlan44vlan11vlan11vlan22vlan22典型构建快的生成树设计-1冗余和负载均衡instance11vlan11instance11vlan11instance22vlan22instance22vlan22instance33vlan33instance33vlan33instance44vlan44instance44vlan44偶数偶数偶数偶数VLANVLAN根桥根桥根桥根桥奇数奇数奇数奇数VLANVLAN根桥根桥根桥根桥instance33vlan33instance33vlan33instance44vlan44instance44vlan44instance11vlan11instance11vlan11instance22vlan22instance22vlan22spanning-treemstspanning-treemst22priority409622priority4096spanning-treemstspanning-treemst11priority819211priority8192spanning-treemstspanning-treemst11priority409611priority4096spanning-treemstspanning-treemst22priority819222priority8192instance11vlan11instance11vlan11instance22vlan22instance22vlan22instance33vlan33instance33vlan33instance44vlan44instance44vlan44VLAN22VLAN22的生成树的生成树的生成树的生成树VLAN11VLAN11的生成树的生成树的生成树的生成树典型构建快的生成树设计-2冗余和负载均衡instance11vlan11instance11vlan11instance22vlan22instance22vlan22instance33vlan33instance33vlan33instance44vlan44instance44vlan44spanning-treemstspanning-treemst44priority409644priority4096spanning-treemstspanning-treemst33priority819233priority8192偶数偶数偶数偶数VLANVLAN根桥根桥根桥根桥奇数奇数奇数奇数VLANVLAN根桥根桥根桥根桥instance33vlan33instance33vlan33instance44vlan44instance44vlan44instance11vlan11instance11vlan11instance22vlan22instance22vlan22spanning-treemstspanning-treemst33priority409633priority4096spanning-treemstspanning-treemst44priority819244priority8192instance11vlan11instance11vlan11instance22vlan22instance22vlan22instance33vlan33instance33vlan33instance44vlan44instance44vlan44VLAN33VLAN33的生成树的生成树的生成树的生成树VLAN44VLAN44的生成树的生成树的生成树的生成树园区网及出口TRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKvlanvlan3333vlan44vlan44vlan11vlan11vlan22vlan22TRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKTRUNKvlan11vlan11vlan22vlan22vlanvlan3333vlan44vlan44小结n n冗余和负载平衡是园区网的一个重要网络服务和设计任务。冗余和负载平衡是园区网的一个重要网络服务和设计任务。冗余和负载平衡是园区网的一个重要网络服务和设计任务。冗余和负载平衡是园区网的一个重要网络服务和设计任务。n n2 2层链路冗余和负载平衡技术：层链路冗余和负载平衡技术：层链路冗余和负载平衡技术：层链路冗余和负载平衡技术：2 2层技术通道（层技术通道（层技术通道（层技术通道（链路捆绑或称链路聚合链路捆绑或称链路聚合链路捆绑或称链路聚合链路捆绑或称链路聚合 AggregateAggregate）VLAN+VLAN+生成树技术生成树技术生成树技术生成树技术n n3 3层冗余和负载平衡技术层冗余和负载平衡技术层冗余和负载平衡技术层冗余和负载平衡技术:33层技术通道层技术通道层技术通道层技术通道网关冗余网关冗余网关冗余网关冗余路有冗余路有冗余路有冗余路有冗余n n其他冗余技术其他冗余技术其他冗余技术其他冗余技术:设备，电源，管理板卡设备，电源，管理板卡设备，电源，管理板卡设备，电源，管理板卡本PPT为可编辑版本，您看到以下内容请删除后使用，谢谢您的理解【解析】【解答】（1）氯化钠是由钠离子和氯离子构成的；金刚石是由碳原子构成的；干冰是由二氧化碳分子构成的；（2）质子数为11的是钠元素，钠元素