HM-024 生成树和快速生成树原理(V4.0)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,HM-024,生成树和快速 生成树原理,ISSUE 4.0,学习目标,了解,STP,协议产生的背景,掌握,STP,工作原理,掌握,RSTP,工作原理,熟练运用华为,STP,协议命令,学习完本课程，您应该能够：,2,课程内容,第一节 透明桥接概述,第二节,STP,协议,第三节,RSTP,协议,第四节 生成树协议的配置,3,透明网桥的应用,拓展,LAN,的能力,自主动态学习站点的地址信息,问题：一般的透明网桥不会对转发的报文做任何记号，这样，如果网络中存在回路，则有可能报文在回路中不断循环转发，造成网络拥塞,4,路径回环的产生,LAN 1,LAN 2,1,1,1,1,2,2,2,3,3,3,5,为什么引入生成树协议,通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环,当前活动路径发生故障时激活冗余备份链路恢复网络连通性,ROOT,LAN A,LAN B,LAN C,LAN D,LAN E,6,课程内容,第一节 透明桥接概述,第二节,STP,协议,第三节,RSTP,协议,第四节 生成树协议的配置,7,生成树协议的基本原理,基本思想：在网桥之间传递特殊的消息（配置消息），包含足够的信息做以下工作：,从网络中的所有网桥中，选出一个作为根网桥（,Root,）,计算本网桥到根网桥的最短路径,对每个,LAN,，,选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥，负责所在,LAN,上的数据转发,网桥选择一个根端口，该端口给出的路径是此网桥到根桥的最佳路径,选择除根端口之外的包含于生成树上的端口（指定端口）,8,配置消息的内容,配置消息也被称作桥协议数据单元（,BPDU,）,主要内容包括,根网桥的,Identifier,（,RootID,）,从指定网桥到根网桥的最小路径开销（,RootPathCost,）,指定网桥的,Identifier,指定网桥的指定端口的,Identifier,即（,RootID,，,RootPathCost,，,DesignatedBridgeID,，,DesignatedPortID,）,9,配置消息格式,DMA,LLC Header,SMA,L/T,Payload,DMA:,目的,MAC,地址,配置消息的目的地址是一个固定的桥,的组播地址（,0,x0180c2000000,）,SMA:,源,MAC,地址,即发送该配置消息的桥,MAC,地址,L/T:,帧长,LLC Header:,配置消息固定的链路头,Payload:BPDU,数据,值 域,占用字节,协议,ID,2,协议版本,BPDU,类型,标志位,根桥,ID,根路径开销,指定桥,ID,指定端口,ID,Message Age,1,1,1,8,4,8,2,2,Max Age,Hello Time,Forward Delay,2,2,2,10,配置消息的处理,将各个端口收到的配置消息和自己的配置消息做比较，得出优先级最高的配置消息更新本身的配置消息，主要工作有,：,选择根网桥,RootID：,最优配置消息的,RootID,计算到根桥的最短路径开销,RootPathCost：,如果自己是根桥，则最短路径开销为0，否则为它所收到的最优配置消息的,RootPathCost,与收到该配置消息的端口开销之和,选择根端口,RootPort：,如果自己是根桥，则根端口为0，否则根端口为收到最优配置消息的那个端口,选择指定端口：包括在生成树上处于转发状态,的其它端口,从指定端口发送新的配置消息,11,如何确定最优的配置消息,假定有两条配置消息,C1,和,C2,，,则：,如果,C1,的,RootID,小于,C2,的,RootID,，,则,C1,优于,C2,如果,C1,和,C2,的,RootID,相同，但,C1,的,RootPathCost,小于,C2,，,则,C1,优于,C2,如果,C1,和,C2,的,RootID,和,RootPathCost,相同，但,C1,的,TransmitID,小于,C2,，,则,C1,优于,C2,如果,C1,和,C2,的,RootID,、,RootPathCost,和,TransimitId,相同，但,C1,的,PortID,小于,C2,，,则,C1,优于,C2,配置消息的优先级比较原则：,12,一个接受并处理配置消息的例子,根据收到配置消息的优先级，选择,Port4,为根端口，选择,Port1,和,Port2,为指定端口，同时阻塞端口,Port3,和,Port5,。,从,Port1,和,Port2,发送新的配置消息：（,23,，,15,，,81,），其中，,RootId,= 23,RootPathCost,= 14+1 = 15,RootPort,= Port4,Port 1,Port 2,Port 3,Port 4,Port 5,blocking,blocking,32,，,0,，,32,23,，,18,，,123,23,，,14,，,321,23,，,14,，,100,23,，,15,，,80,root,23,，,15,，,81,B81,23,，,15,，,81,13,链路故障怎么办,Hello Time,网桥从指定端口以,Hello Time,为周期定时发送配置消息,Message Age,和,Max Age,端口保存的配置消息有一个生存期,Message Age,字段,并按时间递增,.,每当收到一个生存期更小的配置消息,则更新自己的配置消息,.,当一段时间未收到任何配置消息,生存期达到,Max Age,时,网桥则认为该端口连接的链路发生故障,进行故障的处理,14,23,，,18,，,123,链路故障处理一,Port4,的配置消息生存期超时了,则抛弃该配置消息,重新进行生成树计算,选择,Port3,为新的根端口，而网桥,81,的配置消息没有变化,Port 1,Port 2,Port 3,Port 4,Port 5,blocking,23,，,14,，,321,23,，,15,，,80,23,，,15,，,81,root,B81,32,，,0,，,32,23,，,15,，,81,23,，,15,，,81,15,链路故障处理二,Port3,的配置消息生存期也超时了，则抛弃该配置消息，重新进行生成树计算，选择,Port5,为新的根端口，网桥,81,的配置消息变为（,23,，,16,，,81,）,Port 1,Port 2,Port 3,Port 4,Port 5,23,，,15,，,80,23,，,16,，,81,root,23,，,16,，,81,32,，,0,，,32,23,，,18,，,123,23,，,16,，,81,23,，,16,，,81,B81,16,链路故障处理三,Port5,的配置消息生存期也超时了，则抛弃该配置消息，以自己为根桥发送配置消息（,81,，,0,，,81,），直到从任一个端口收到优先级更高的配置消息,Port 1,Port 2,Port 3,Port 4,Port 5,81,，,0,，,81,81,，,0,，,81,81,，,0,，,81,81,，,0,，,81,81,，,0,，,81,B81,17,临时回路的问题,当拓扑结构发生变化，新的配置消息要经过一定的时延才能传播到整个网络，在所有网桥收到这个变化的消息之前，,若旧拓扑结构中处于转发的端口还没有发现自己应该在新的拓扑中停止转发，则可能存在临时的回环；,若旧的拓扑结构中阻塞的端口还没有发现自己应该在新的拓扑结构中开始转发，则可能造成网络暂时失去连通性。,18,如何避免临时回路,端口由阻塞状态进入转发状态时，要经过一定时间的延时，这个时间起码是配置消息传播到整个网络所需最大时间的两倍,Forward Delay,：,配置消息传播到整个网络的最大时延,设计中间状态：处于中间状态的端口只是学习站点的地址信息，但不转发数据；,端口从阻塞状态经过,Forward Delay,的延时后进入中间状态；,再经过,Forward Delay,的延时后才能进入转发状态。,19,端口的几种状态,端口能力,不收发任何报文,Disabled,Blocking,Listening,Learning,端口状态,Forwarding,不接收或转发数据,接收但不发送,BPDUs,不进行地址学习,不接收或转发数据,接收并发送BPDUs,不进行地址学习,不接收或转发数据,接收并发送BPDUs,开始地址学习,接收并转发数据,接收并发送BPDUs,进行地址学习,20,端口的状态迁移,Disabled,Listening,Blocking,Forwarding,Learning,1,）端口,enabled,2,）端口,disabled,3,）端口被选为根端口或指定端口,4,）端口被选为备用端口（阻塞）,5,）,Forward Delay,延时,（,1,）,（,2,）,（,1,，,2,）,（,1,，,2,）,（,1,，,2,）,（,1,）,（,2,）,（,4,）,（,4,）,（,5,）,（,4,）,（,5,）,（,3,）,21,MAC,地址信息的生存期,拓扑结构改变会使站点在生成树中的相对位置发生移动，那么网桥原来学习到的,MAC,地址信息就可能变得不正确，所以学习的,MAC,地址信息也要有生存期，如果该时间内没有证明地址的正确，则抛弃这条地址信息。,在生成树协议中有两个生存期,：,拓扑稳定的时候用较长的生存期,拓扑改变的时候用较短的生存期,网络拓扑发生改变的时候，并不是所有的网桥都能够发现这一变化，所以需要把拓扑改变的信息通知到整个网络,。,22,站点的相对位置发生变化,LAN A,LAN B,LAN C,LAN E,LAN D,ROOT,B1,B2,B3,B4,23,拓扑改变消息的传播,ROOT,拓扑改变通知消息,拓扑改变应答消息,拓扑改变消息,1,3,2,4,4,5,5,24,生成树协议的不足,端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的,Forward Delay,时间，所以网络拓扑结构改变之后需要至少两倍的,Forward Delay,时间，才能恢复连通性,如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁的失去连通性，这样用户就会无法忍受。,25,课程内容,第一节 透明桥接概述,第二节,STP,协议,第三节,RSTP,协议,第四节 生成树协议的配置,26,快速生成树协议,快速生成树协议是从生成树协议发展而来，实现的基本思想一致；,快速生成树具备生成树的所有功能；,快速生成树改进目的就是当网络拓扑结构发生变化时，尽可能快的恢复网络的连通性。,27,快速生成树的改进一,在新拓扑结构中的根端口可以立刻进入转发状态，如果旧的根端口已经进入阻塞状态，而且新根端口连接的对端交换机的指定端口处于,Forwarding,状态。,TO ROOT,LAN B,LAN A,LAN A,F,F,指定端口,指定端口,根端口,阻塞端口,F,TO ROOT,LAN B,LAN A,LAN A,F,F,指定端口,指定端口,根端口,阻塞端口,F,28,快速生成树的改进二,指定端口可以通过与相连的网桥进行一次握手，快速进入转发状态。,LAN B,LAN A,F,指定端口,根端口,握手请求,握手响应,1,2,3,4,29,注意！,两点注意,:,握手必须在点对点链路的条件下进行,一次握手之后，响应握手的网桥的非边缘指定端口将变为,blocking,状态，则需要继续向自己的邻接网桥发起握手,LAN A,LAN B,LAN C,LAN A,F,指定端口,指定端口,指定端口,F,F,非点到点链路,握手的扩散,30,快速生成树的改进三,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。,LAN B,LAN C,LAN A,根端口,边缘端口,LAN D,F,TO ROOT,阻塞端口,31,快速生成树的性能,第一种改进的效果：发现拓扑改变到恢复连通性的时间可达数毫秒，并且无需传递配置消息。,第二种改进的效果：网络连通性可以在交换两个配置消息的时间内恢复，即握手的延时；最坏的情况下，握手从网络的一边开始，扩散到网络的另一边缘的网桥，网络连通性才能恢复。比如当网络直径为,7,的时候，要经过,6,次握手。,第三种改进的效果：边缘端口的状态变化不影响网络连通性，也不会造成回路，所以进入转发状态无需延时。,32,生成树和快速生成树有何区别,协议版本不同,端口状态转换方式不同,配置消息报文格式不同,拓扑改变消息的传播方式不同,！,注意,：快速生成树也是在整个交换网络应用单生成树实例,不能解决由于网络规模增大带来的性能降低问题。建议网络直径最好不要超过,7,。,33,课程内容,第一节 透明桥接概述,第二节,STP,协议,第三节,RSTP,协议,第四节 生成树协议的配置,34,配置生成树功能,生成树在交换机缺省是关闭的，如果组网中可能存在路径回环，则要通过命令开启生成树功能：,Quidway,stp,enable,如果确定某个端口连接的部分不存在回路，则可以通过命令关闭该端口的生成树功能：,Quidway-Ethernet0/1,stp,disable,也可以根据需要关闭交换机的生成树功能,或者开启某个端口的生成树功能。,35,生成树的可配参数,生成树可配置参数包括,:,网桥的优先级（,BridgePriority,）,端口的优先级（,PortPriority,）,端口对应链路的路径开销（,PortPathCost,）,三个重要的定时器参数（,HelloTime,/Max Age/,ForwardDelay,）,整个交换网络的直径（,BridgeDiameter,）,36,可配参数的缺省值,参数名称,缺省值,值域,配置视图,BridgePriority,32768,系统视图,PortPriority,128,0,1024,（步长：,16,）,PortPathCost,20,000,Max Age,20s,6,40,Hello Time,2s,1,10,Forward Delay,15s,4,30,Bridge Diameter,7,0,61440,（步长：,4096,）,端口视图,端口视图,系统视图,系统视图,系统视图,系统视图,1,200,000,37,通过配置选取合适的根桥,网桥ID由两部分组成:,BridgePriority+BridgeMacAddress,如果网络中的所有交换机都在缺省配置下，根据配置消息比较原则，MAC地址最小的交换机被选为根桥，但是该交换机未必是理想的根桥，可以通过命令配置Bridge Priority将合适的交换机推举为根桥,Quidway,stp,priority,bridge-priority,38,配置端口开销,从本网桥到根桥的路径上所有经过端口的端口开销之和为根路径开销，可以通过命令来改变端口开销的值,Quidway-Ethernet0/1,stp,cost,cost,链路速率,推荐值,推荐取值范围,值域,=110kb/s,1Mb/s,10Mb/s,100Mb/s,1Gb/s,10Gb/s,100Gb/s,1Tb/s,10Tb/s,200,000,000,20,000,000,2,000,000,200,000,20,000,2,000,200,20,2,20,000,000,200,000,000,2,000,000,200,000,000,200,000,20,000,000,20,000,2,000,000,2,000,200,000,200,20,000,20,2000,2,200,1,20,1,200,000,000,1,200,000,000,1,200,000,000,1,200,000,000,1,200,000,000,1,200,000,000,1,200,000,000,1,200,000,000,1,200,000,000,39,配置端口的优先级,根据配置消息比较原则，有时候会比较端口ID,端口ID由两部分组成: PortPriority+PortIndex，其中端口优先级部分是可配置的命令格式为,Quidway-Ethernet0/1,stp,port priority,port-priority,LAN,平行链路,多个端口连接到一个网段,40,配置端口的,Hello Time,hello time的配置需要注意：,较长的hello time可以降低生成树计算的消耗；较短的hello time可以在丢包率较高的时候，增强生成树的健壮性。,但是，过长的hellotime会导致链路故障的错误判断；过短的hellotime或导致频繁发送配置消息，增大CPU和网络负担。,命令格式为：,Quidway,stp,timer hello,centiseconds,41,配置端口的,Max Age,max age的配置需要注意：,过长的Max Age会导致链路故障不能被及时发现；,过短的Max Age可能会在网络拥塞的时候使交换机误认为链路故障，造成频繁的生成树重新计算。,命令格式为：,Quidway,stp,timer max-age,centiseconds,42,配置端口的,Forward Delay,forward delay的配置需要注意：,过长的Forward Delay会导致生成树的收敛太慢；,过短的Forward Delay可能会在拓扑改变的时候，引入暂时的路径回环。,命令格式为：,Quidway,stp,timer forward-delay,centiseconds,43,配置网络直径,网络直径的定义为：,任意两台终端设备之间通过的交换机数目的最大值,改变网络直径会间接影响到Max Age和Forward Delay这两个参数的值，而且这种影响比直接手工配置两个参数较为客观。,所以当网络中加入交换机可以通过改变网络直径参数来达到适应网络状况的目的。,命令格式为：,Quidway,stp,bridge-diameter,bridgenum,44,配置举例,公网,文件服务器,用户,1,用户,2,用户,3,B1,B2,B3,B4,B5,B6,1,2,3,4,1,2,45,监控与维护,显示和清除生成树协议统计和状态信息的命令：,display,stp, interface,interface_list,reset,stp, interface,interface_list,46,小结,STP,协议产生的背景,STP,工作原理,RSTP工作原理,华为STP协议配置,47,华为,3,Com,技术有限公司,华为,3,Com,公司网址,:,www.huawei-,华为,3,Com,技术论坛网址,:,forum.huawei-,48,