STP_RSTP_MSTP

ALPHA Confidential,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,1,STP,RSTP,和,MSTP,的功能介绍,李朋,(Wade Li),2,STP(802.1D),STP,协议概述,STP,（Spanning Tree Protocol,，,生成树协议）在,IEEE802.1D标准,中,描述,，,STP,协议用于在局域网中消除数据链路层物理环路的协议,。,运行,该,协议的设备通过彼此交互 （,BPDU,）信息发现网络中的环路,，,并,有选择的对某些端口进行阻塞,，,最终将环路网,络,结构修剪成无环路的树型网络结构，从而防止报文在环路网络中不断增生和无限循环，避免设备由于重复接收相同的斑纹造成的的报文处理能力下降的问题发生。,3,STP,的作用,1.,阻止环路的产生,:,上幅图，,PC1,到,PC2,有两个路径，所有的广播，多播和未知的单播帧将会有个环路在这个网络拓扑中。如果,STP,实施在这个网络中，将会阻止一个路径去解决环路。例如，阻止交换机,C,和交换机,D,之间的路径。这样拓扑中将会是一个树。,4,STP,的作用,2.,提供一个链路路径的冗余：,在上图中，如果交换机,A,和交换机,B,之间的链路,DOWN,，,STP,将会自动的重新配置这个拓扑并且,STP,会使交换机,C,和交换机,D,之间的链路恢复链接。,5,生成树协议的三个参数,IEEE802.1d,标准定义了,STP,所使用的生成树协议。该协议依赖于三个参数。,1,网桥,ID,（,BID,）,由,BID,决定网络的根节点，即根网桥。即,BID,最小的网桥为根网桥,.BID,由,8,个字节构成，前,2,个字节表示优先级，默认为,32768,。可取范围为,061440,。后,6,个字节为交换机的,MAC,地址。,6,2,路径开销,是用来衡量网桥之间距离的一个参数。是两个桥之间所有链路开销的总和。不同带宽的链路有不同的链路开销。有两种计算方法。一种是短整形计算方法。另一种是长整形计算方法。,交换机是用路径开销来决定到根交换机的最佳路径。最短链路组合具有最小累计路径开销，并成为到根交换机的最佳路径,.,7,链路开销短整形计算方法,8,链路开销长整形计算方法,9,3,，端口,ID,用来决定到根交换机的路径。它由两个字节构成，包括优先级和端口号。其中,6,位表示优先级，,8,位表示端口号。优先级是一个可配置的,STP,参数，在大多数交换机上为,0-240,，默认为,128,。端口号是用来列举端口的数字标志。,网桥之间通过交换网桥协议数据单元（,BPDU,）的第,2,层帧来传递生成树信息。每个端口保存着最佳,BPDU,。当网桥第一次被激活时，其所有端口每隔,2,秒（默认,hello,时间）发送一次,BPDU,。如果一个端口收到比自己发送好的,BPDU,，则该端口就停止发送,BPDU,。如果,20,秒（默认的最大生成时间）的时间没有从邻居收到更好的,BPDU,，则本地端口将重新开始发送,BPDU,。,STP,工作原理,11,1,，,选举根交换机,以,BID,最小的交换机作为根交换机。在交换机刚启动时，总是 将自己的,BID,存入到根,BID,域，然后如果收到更好的,BPDU,，则 将更好,BPDU,中的相关交换机列为根,BID,，并进行发送。,2,，,选举根端口,根端口就是按照路径开销最靠近根交换机的端口。每一个非根交换机必须选举一个根端口。根交换机在发送,BPDU,时，根路径开销为,0,，然后每到一个端口根据路径开销进行累加并发送。,3,，选举指定端口,桥接网络的每个网段必须有一个指定端口。它既能向根交换机发送流量，也能从根交换机接收流量。一个包含指定端口的网桥称为指定网桥。指定端口也是依照到根交换机的路径开销而选定。如果开销相等，则根据网桥的,BID,确定。非指定端口就处于阻塞状态。,12,13,Designated Bridge and Designated Port,对于一个局域网，,Designated Bridge,持有最低根路径开销。,Root Bridge,始终通过,Designated Bridge,来连接,LAN,。在图中，交换机,C,的根路径开销比交换机,B,低，在,LAN A,中交换机,C,应选定为,Designated Bridge,。,14,如果两个交换机有相同的,RPC,这个交换机将会按照,Bridge ID,来选,Designated Bridge,。,在图中,交换机,B,和交换机,C,有相同的,RPC,但是交换机,B,有更低的,Bridge ID,在,LAN A,中它将会被选成,Designate Bridge.,15,在图中，交换机,A,是这个网络的,Root Bridge,，对于交换机,D, Port D1,的,RPC,（,root path cost,）,是,15,，并且,Port D2,的,RPC,是,10.,因此交换机,D,的,Port D2,应该被作为,Root Port,。,STP,定时器,16,Hello,时间,: Hello,时间是发送配置,BPDU,的时间间隔，默认为,2,秒，控制着根交换机生成配置,BPDU,。其它网桥收到后就立即扩散此,BPDU,。如果,20,秒没有收到根网桥的,BPDU,或根网桥停止发送,BPDU,，则该网桥宣布保存的,BPDU,无效并开始寻找新的根端口。,转发延迟,：,是网桥花费在侦听和学习状态的时间长度，默认,15,秒。,最大生存时间,：,是一个控制在,BPDU,被网桥丢弃之前被保存多长时间的,STP,定时器，默认,20,秒。,三个定时器的值应符合以下两个关系：,1,、,2 (,Bridge Forward Delay ,1.0,seconds,) =,Bridge Max Age,2,、,Bridge Max Age,= 2 (,Bridge Hello Time,+ 1.0,seconds,),BPDU,的格式,17,IEEE802.1D,的,STP BPDU,的帧格式,:,BPDU,报文的目标,MAC,地址为：,01-80-C2-00-00-00,。,BPDU,报文在直连的两个网桥或多个网桥内交换，不能被转发。没有运行,STP,协议的网桥将把,BPDU,报文当作普通业务报文转发。,BPDU,格式,:,STP,的,BPDU,包实例,18,19,STP,中,Topology change,20,STP,中,Topology change,RSTP (802.1W),21,RSTP,概述,STP,协议是选好端口角色后等待,30,秒（转发延迟的,2,倍时间）后再转发。整个网络拓扑的稳定大约需要,50,秒的时间。,IEEE 802.1w,标准（,RSTP,）是,802.1D,标准的一种进化，当网络拓扑发生改变的时候，快速生成树协议能够显著加快重新计算生成树的速度。,RSTP,状态,22,不同于传统的,STP,的五种状态，,RSTP,只有三种状态。即丢弃、学习和转发状态。传统,STP,在将一个端口转入到转发状态时在被动等待网络拓扑收敛。而,RTSP,可以主动去确认一个端口是否可以安全进入转发,STP,端口状态,RSTP,端口状态,学习,MAC,地址,数据帧转发,Disabled,Discarding,否,否,Blocking,Discarding,否,否,Listening,Discarding,否,否,Learning,Learning,是,否,Forwarding,Forwarding,是,是,RSTP,的链路类型,23,点到点和共享两种,:,RSTP,端口角色,根端口、指定端口、备份端口和替代端口,(,后两种相当于,802.1d,的阻塞状态,),。 一个端口需要接收,BPDU,才能停留在阻塞状态。一个替代端口指该端口是因为从其他网桥收到更有用的,BPDU,才处于阻塞状态。一个备份端口是因为从同一网桥收到更有用的,BPDU,而处于阻塞状态的端口。,24,替代端口,:,替代端口是从其他网桥接收根,BPDU,的端口。如果活跃的根端口发生故障，那么替代端口将成为根端口。,备份端口,:,备份端口从端口所在网桥的共享,LAN,网段的指定端口接收根,BPDU,的端,口。如果现有的指定端口发生故障，那么备份将成为指定端口。,RSTP,BPDU,格式,25,RSTP,的,BPDU,包实例,26,边缘端口（,EDGE,）：,网络边缘的端口，即直接与终端相连，而不是和其它网桥相连的端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时,，从而,达到快速收敛,.,27,RSTP,快速收敛,RSTP Topology Change,28,RSTP,对,STP,的改进,第一点改进：为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口（,Alternate Port,）和备份端口（,Backup Port,）两种角色，当根端口,/,知道你根端口失效的情况下，替换端口和备份端口就会无延时地进入转发状态。,第二点改进：在只连接了两个交换机端口的点对点链路中，指定端口只需与下游网桥进行一次握手就可以无延时地进入转发状态。如果是连接了三个以上网桥的共享链路，下游网桥是不会响应上有网桥指定端口发出的握手请求的，只能等待两倍,Forward Delay,时间进入转发状态。,第三点改进：直接与终端相连而不是把其他网桥相连的端口定义为边缘端口（,Edge Port,）。边缘端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时。由于网桥无法知道端口是否是直接与终端相连，所以需要人工配置。,29,MSTP(802.1S),传统生成树的问题,:,不管是,STP,还是,RSTP,，在计算网络生成树的时候，所有的,VLAN,都共享相同的生成树。,30,swD,swC,swB,swA,VLAN1,VLAN1,VLAN2,VLAN2,MSTP,的产生,IEEE 802.1s,MSTP,（,Multiple Spanning Tree,Protocol,）是在,802.1w,的基础上发展出来的，它将,802.1w,快速生成树协议算法扩展到多生成树。,31,swD,swC,swB,swA,Region:A,Name:test1,Revision N:1,Instance1:vlan1,vlan2,Instance2:vlan3,vlan4,Region:B,Name:test2,Revision N:1,Instance1:vlan5,vlan6,Instance2:vlan7,vlan8,MSTP,技术优点,多生成树协议,MSTP,是,IEEE 802.1s,中定义的一种新型生成树协议，相对于,STP,和,RSTP,，优势非常明显。,MSTP,的特点如下：,MSTP,引入“域”的概念，把一个交换网络划分成多个域。每个域内形成多棵生成树，生成树之间彼此独立；在域间，,MSTP,利用,CIST,保证全网络拓扑结构的无环路存在。,MSTP,引入“实例（,Instance,）”的概念，将多个,VLAN,映射到一个实例中，以节省通信开销和资源占用率。,MSTP,各个实例拓扑的计算是独立的（每个实例对应一棵单独的生成树），在这些实例上就可以实现,VLAN,数据的负载分担。,MSTP,可以实现类似,RSTP,的端口状态快速迁移机制。,MSTP,兼容,STP,和,RSTP,。,32,MSTP,术语,33,(1),MST,域,（,Multiple Spanning Tree Regions,）,MST,域是由交换网络中的多台设备以及它们之间的网段所构成。这些设备具有下列特点：都启动了,MSTP,；具有相同的域名；具有相同的,VLAN,到生成树实例映射配置；具有相同的,MSTP,修订级别配置；这些设备之间在物理上有链路连通。例如，下图中的区域,A0,就是一个,MST,域。,(2),VLAN,映射表,VLAN,映射表是,MST,域的一个属性，用来描述,VLAN,和生成树实例的映射关系。例如，下图中,MST,域,A0,的,VLAN,映射表就是：,VLAN 1,映射到生成树实例,1,，,VLAN 2,映射到生成树实例,2,，其余,VLAN,映射到,CIST,。,(3),IST,( Internal spanning tree),IST,是域内实例,0,上的生成树。,IST,和,CST,共同构成整个交换网络的,CIST,。,IST,是,CIST,在,MST,域内的片段。下图中，,CIST,在每个,MST,域内都有一个片段，这个片段就是各个域内的,IST,。,(4),CST,(A common spanning tree),CST,是连接交换网络内所有,MST,域的单生成树。如果把每个,MST,域看作是一个“设备”，,CST,就是这些“设备”通过,STP,协议、,RSTP,协议计算生成的一棵生成树。下图中红色线条描绘的就是,CST,。,(5),CIST,(A common and internal spanning tree),CIST,是连接一个交换网络内所有设备的单生成树，由,IST,和,CST,共同构成。下图中，每个,MST,域内的,IST,加上,MST,域间的,CST,就构成整个网络的,CIST,。,(6),MSTI,(Multiple spanning tree instance),一个,MST,域内可以通过,MSTP,生成多棵生成树，各棵生成树之间彼此独立。每棵生成树都称为一个,MSTI,。例如下图中，每个域内可以存在多棵生成树，每棵生成树和相应的,VLAN,对应。这些生成树就被称为,MSTI,。,(7),域边界端口,域边界端口是指位于,MST,域的边缘，用于连接不同,MST,域、,MST,域和运行,STP,的区域、,MST,域和运行,RSTP,的区域的端口。,(9),总根,总根是指,CIST,实例中桥,ID,最优的桥。,(10),外部根路径开销,外部根路径开销指的是端口到总根的最短路径开销。,(11),域根,MST,域内的,IST,和每个,MSTI,的根桥都是一个域根。,MST,域内各棵生成树的拓扑不,同，域根也可能不同。,(12),内部根路径开销,到域根的最短路径开销。,MSTP,术语,34,MSTP,端口角色,端口在不同的生成树实例中可以担任不同的角色。端口角色示意如下图所示：,根端口：负责向根桥方向转发数据的端口。,Master,端口：连接,MST,域到总根的端口，,位于整个域到总根的最短路径上。,指定端口：负责向下游网段或设备转发数据,的端口。,Backup,端口：当开启了,MSTP,的同一台设,备的两个端口互相连接时就存在一个环路，,此时设备会阻塞端口,ID,较小的端口，此阻塞,端口称为,Backup,端口，而另外一个端口则,处于转发状态，成为指定端口。,Backup,端口,是指定端口的备份端口，当指定端口被阻塞且,无法发送协议报文后，,Backup,端口的报文超,时后就会快速转换为新的指定端口，并无时延,的转发数据。,Alternate,端口：根端口和,Master,端口的备,份端口。当根端口或,Master,端口被阻塞后，,Alternate,端口将成为新的根端口或,Master,端口。,35,MSTP,端口的选举过程,下图的组网对,CIST,实例的计算过程进行简要说明。假设，网桥的优先级为,Switch A,优于,Switch B,，,Switch B,优于,Switch C,，,4,、,5,、,10,分别为链路的路径开销。,Switch A,和,Switch B,属于同一域，,Switch C,单独一个域。,36,MSTP,的,BPDU,包实例,37,38,End,Thanks,