第四章_生成树协议(精品)

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,*,第,4,章 生成树协议,本章概述,教学目的：,通过本章教学，掌握生成树协议的作用；掌握,802.1D,802.1W,生成树协议的工作原理以及它们之间的区别；掌握生成树协议的配置方法。,本章重点：,生成树协议的工作原理；生成树协议的配置。,本章难点：,生成树协议的工作原理；不同生成树协议区别。,4.1 STP,协议,4.1.1 STP,协议的重要性,生成树协议（,Spanning Tree Protocol,）是一个非常重要，却又容易被忽略的协议。一个没有在一开始就规划好,STP,的网络，将意味着没完没了地配置、排除故障。并且园区网的维护精力可能要全部放在,STP,上。,STP,是一种提供园区网冗余链路，而又不会产生环路的协议。在交换网络中为什么不能有环路呢？,4.1 STP,协议,4.1.2,交换网络中环路的危害,1.,会产生广播环路,Segment 1,Segment 2,Server/host X,Router Y,4.1 STP,协议,4.1.2,交换网络中环路的危害,1.,会产生广播环路,Segment 1,Segment 2,Router Y,Broadcast,Switch A,Switch B,4.1 STP,协议,4.1.2,交换网络中环路的危害,1.,会产生广播环路,Segment 1,Segment 2,Server/host X,Router Y,Broadcast,Switch A,Switch B,4.1 STP,协议,4.1.2,交换网络中环路的危害,2.,桥接表（,MAC,）地址表不稳定,Segment 1,Segment 2,Server/host X,Router Y,Unicast,Switch A,Switch B,4.1 STP,协议,4.1.2,交换网络中环路的危害,2.,桥接表（,MAC,）地址表不稳定,Segment 1,Segment 2,Server/host X,Router Y,Unicast,Switch A,Switch B,Unicast,Unicast,4.1 STP,协议,4.1.2,交换网络中环路的危害,2.,桥接表（,MAC,）地址表不稳定,Segment 1,Segment 2,Server/host X,Router Y,Unicast,Unicast,Switch A,Switch B,Port 0,Port 1,Port 0,Port 1,4.1 STP,协议,4.1.2,交换网络中环路的危害,2.,桥接表（,MAC,）地址表不稳定,Segment 1,Segment 2,Server/host X,Router Y,Unicast,Unicast,Switch A,Switch B,Port 0,Port 1,Port 0,Port 1,4.1 STP,协议,4.1.2,交换网络中环路的危害,而生成树协议,STP,能使一个具有冗余信息的环路转变成一个没有环路的树。,Block,x,4.1 STP,协议,4.1.3,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,065535,。后,6,个字节为交换机的,MAC,地址。,网桥优先级,MAC,2,字节,范围：,065535,默认值：,32768,6,字节,来源于背板,/,监控器,4.1 STP,协议,4.1.3,生成树协议的三个参数,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。即用,1000Mbit/s,除以以,Mbit/s,为单位的链路带宽。另一种是长整形计算方法。分别如下表所示。,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。,4.1 STP,协议,4.1.3,生成树协议的三个参数,带宽,STP,开销,带宽,STP,开销,4Mbit/s,250,155Mbit/s,14,10Mbit/s,100,622Mbit/s,6,16Mbit/s,62,1Gbit/s,4,45Mbit/s,39,10Gbit/s,2,100Mbit/s,19,4.1 STP,协议,4.1.3,生成树协议的三个参数,带宽,STP,开销,带宽,STP,开销,4kbit/s,200000000,10Gbit/s,2000,1Mbit/s,20000000,100Gbit/s,200,10Mbit/s,2000000,1Tbit/s,20,100Mbit/s,200000,10Tbit/s,2,1Gbit/s,20000,4.1 STP,协议,4.1.3,生成树协议的三个参数,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,0-255,，默认为,128,。端口号是用来列举端口的数字标志。,端口优先级,端口号,6,比特,10,比特,4.1 STP,协议,4.1.4 STP,工作原理,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,。,4.1 STP,协议,4.1.4 STP,工作原理,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。,Switch C,MAC 0c0022222222,Default priority 32768,Switch B,MAC 0c0011111111,Default priority 32768,1/1,1/2,1/1,1/2,SwitchA,Mac 0c0011110000,Default priority 32768,1/1,100baseT,100baseT,1/2,4.1 STP,协议,4.1.4 STP,工作原理,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。,Switch C,MAC 0c0022222222,Default priority 32768,Switch B,MAC 0c0011111111,Default priority 32768,1/1,1/2,1/1,1/2,SwitchA,Mac 0c0011110000,Default priority 32768,1/1,100baseT,100baseT,1/2,4.1 STP,协议,4.1.4 STP,工作原理,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。,4.1 STP,协议,4.1.4 STP,工作原理,Switch C,MAC 0c0022222222,Default priority 32768,Switch B,MAC 0c0011111111,Default priority 32768,1/1,1/2,1/1,1/2,SwitchA,Mac 0c0011110000,Default priority 32768,1/1,100baseT,100baseT,1/2,4.1 STP,协议,4.1.5 STP,状态,1.,禁用状态,是管理性的关闭,STP,状态，它不是正常,STP,端口的一部分。在交换机初始化之后，所有端口由阻塞状态开始。,2.,阻塞状态,丢弃从所连接的网段上收到的数据帧或通过交换面来内部转发的帧；接收到的,BPDU,并直接传递给系统模块；不传递从系统模块收到的,BPDU,；接收并响应网络管理消息，但不传递它们。,4.1 STP,协议,4.1.5 STP,状态,3.,侦听状态,如果一个网桥在它启动或在一定时间内没有收到,BPDU,后立即认为自己是根交换机，端口进入侦听状态。,丢弃所连接网段收到的帧或其它端口交换来的帧；接收,BPDU,并直接传递给系统模块；处理从系统模块收到的,BPDU,；接收并响应网络管理消息。,选举根交换机、根端口和指定端口都发生在侦听期间。,指定端口或根端口在,15,秒后进入学习状态。,4.1 STP,协议,4.1.5 STP,状态,4.,学习状态,是网桥不传递用户数据帧但构建桥接表燕收集诸如数据帧源,VLAN,等信息的一种,STP,状态。将收到帧的源,MAC,地址放入桥接表。,丢弃所连接网段上收到的帧；丢弃从其他端口交换来需要转发的帧；接收,BPDU,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,BPDU,；接收并响应网络管理信息。,学习状态的生存时间同样受转发延迟定时器的控制，默认为,15,秒。,4.1 STP,协议,4.1.5 STP,状态,5.,转发状态,处于学习状态的端口在转发延迟定时器之后仍然是指定端口或根端口，则将进入转发状态。,转发所有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；接收,BPDU,并直接传递给系统模块；处理从系统模块来的,BPDU,；接收并响应网络管理消息。,4.1 STP,协议,4.1.6 STP,定时器,1.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。,2.,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。,3.,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。最大生存时间问题只有当,非直连链路,出现故障时才会出现。非直连链路如下图所示。非直连,50,秒，直连,30,秒。,4.1 STP,协议,4.1.6 STP,定时器,Switch C,MAC 0c0022222222,Default priority 32768,Switch B,MAC 0c0011111111,Default priority 32768,1/1,1/2,1/1,1/2,SwitchA,Mac 0c0011110000,Default priority 32768,1/1,100baseT,100baseT,1/2,4.1 STP,协议,4.1.7 BPDU,的格式,1.IEEE802.1D,的,STP BPDU,格式,帧控制,（,1,字节）,目的地址,（,6,字节）,源地址,（,6,字节）,逻辑链路控制,（,3,字节）,IEEE BPDU,帧控制域总是,01,目的地址：,0 x800143000000,源地址：本交换机所使用的,MAC,地址,逻辑链路控制：指定所有,STP BPDU,的帧类型。这个域一般被置成,0 x424203,。,4.1 STP,协议,4.1.7 BP