生成树协议原理及配置.ppt

迈普技术支持培训 生成树协议原理及配置 生成树产生的背景 STP RSTP协议原理 MSTP协议原理 生成树配置和排错 交换机二层转发基本原理 环路的产生和影响 解决方案 生成树协议STP 课程内容 交换机二层转发基本原理 接收 从收到的数据帧自动学习源MAC 加入地址表 转发 根据目的MAC查地址表 从对应端口发出 port1 port2 PC1 PC2 0000 0000 0001 0000 0000 0002 port1 0000 0000 0001port2 0000 0000 0002 MACaddresstable ToPC1 ToPC1 PC1 PC2 连接存在环路时发送以下数据帧产生循环 目的MAC为广播地址 目的MAC为组播地址 目的MAC不匹配地址表 环路的产生和影响 指定根节点 如何解决 冗余链路 阻塞端口 主链路 主链路中断 激活端口 解决方案 生成树协议STP spanningtreeprotocol STP SpanningTreeProtocol 是生成树协议的英文缩写 由IEEE802 1D标准给出定义目的 协商一条到根交换机的无环路径来避免和消除网络中的环路 实现方案 运行一定的算法 判断网络中存在环路的地方并阻断冗余链路 将环路网络修剪成无环路的树型网络 从而避免了数据帧在环路网络中的增生和无穷循环 生成树产生的背景 STP RSTP协议原理 MSTP协议原理 生成树配置和排错 课程内容 桥接协议数据单元 BPDU STP算法的过程 STP存在的问题以及RSTP的出现 BPDU bridgeprotocoldataunit 交换机都通过交换BPDU来获取STP信息 交换机之间通过交换BPDU可以实现 1 为生成树网络拓扑结构选择一台根交换机 2 为每个交换网段选择一台指定交换机 3 通过将冗余的交换机端口置于备份状态来消除交换网络中的环路 BPDU帧格式 DMA 目的MAC地址是一个固定的组播地址 0180 c200 0000 意味着寻址这个LAN上所有网桥 交换机 SMA 源MAC地址即发送者的bridgeMAC地址Length 帧长LLCHeader 固定的链路头 参数值是确定的Payload BPDU数据 接下来详细说明 BPDU帧payload包含内容 BPDU帧主要字段含义 RootID 根交换机的ID 由根交换机的优先级和MAC地址组合而成 Rootpathcost 根路径耗费 根路径耗费说明了这个BPDU从根交换机传输了多远 BridgeID 指定交换机的ID 发送该BPDU的交换机的信息 由交换机优先级和交换机MAC地址组成 PortID 指定端口的ID 由指定端口的优先级和端口编号组成 MessageAge BPDU的生存期 MaxAge BPDU的最大生存期 HelloTime BPDU发送的周期 ForwardDelay 端口状态迁移的延时 BPDU帧主要字段含义 交换机优先级的参数由来 BPDU帧主要字段含义 BridgeID 8bytes Priorityvalue 十六进制 01 8 default F Priorityvalue 十进制 04096 32768 default 61440 12bit全0 步进值4096 STP算法的过程 第一步 需要选举出一个根交换机 达到全网公认某台交换机是根交换机 Root STP算法的过程 选举根交换机 一 启动时 所有交换机假定自己就是根交换机 发出的BPDU中RootID BridgeID BridgeID 32768 0000 0000 0001RootID 32768 0000 0000 0001 BridgeID 32768 0000 0000 0003RootID 32768 0000 0000 0003 BridgeID 32768 0000 0000 0002RootID 32768 0000 0000 0002 A B C BPDU BPDU BPDU BPDU BPDU BPDU STP算法的过程 选举根交换机 二 B和C收到A的BPDU后 将其中RootID与本机RootID比较 由于A的值最小 所以B和C将RootID修改为A ABC的BPDU的RootID达成一致 A成为唯一根交换机 BridgeID 32768 0000 0000 0001RootID 32768 0000 0000 0001 BridgeID 32768 0000 0000 0003RootID 32768 0000 0000 0001 BridgeID 32768 0000 0000 0002RootID 32768 0000 0000 0001 A B C BPDU BPDU BPDU BPDU BPDU BPDU STP算法的过程 第二步 每一台非根的交换机必须选择出根端口 到根交换机路径耗费最低的端口 A B C Root Rootport RP Rootport RP 交换机根路径费用 路径费用 和每一个端口相关 它是MAC帧通过该端口传送到LAN的费用 两个标准802 1D 1998 和802 1T 2001 根路径费用 对任何一个网桥 一定存在一条总费用最低的到达根网桥的路径 该路径总的费用为该网桥的根路径费用 根端口 网桥所有端口中 通过某个端口到达根网桥的路径总费用最低 那么该端口就是该网桥的根端口 如果这样的端口不止一个 就选择端口标识符最小的那个端口作为该网桥的根端口 Root 10M 100M 100M 100M 100M STP算法的过程 交换机根路径费用 A B C BPDU BPDU Root BPDU STP算法的过程 选择根端口 一 根交换机A发送Rootpathcost 0的BPDU B从port1收到后将port1端口的路径耗费值与收到的BPDU的Rootpathcost相加 得到的值作为B发给其它端口BPDU的Rootpathcost值 Port1 Port1 Port2 Port2 Cost 0 Cost 0 Cost 19 0 19 19 STP算法的过程 选择根端口 二 A B C BPDU Root BPDU Port1 RP Port10 19 19 Port219 19 38 Port2 Cost 0 Cost 19 C交换机两个端口port1和port2都收到了BPDU 各自端口耗费 各自收到BPDU的cost 哪个端口算出来的值小哪个就是RP 若相同则比较端口优先级 小的是RP 还相同则比较端口号 小的是RP 19 38 第三步 选择指定端口 DesignatedPort 所有物理网段都会选出到根交换机最近的端口为指定端口 三个网段将会选出三个DP STP算法的过程 A B C Root 网段1 网段2 网段3 DP DP DP A B C Root 网段1 网段2 网段3 DP DP DP19 19 但C的BridgeID小 STP算法的过程 选择指定端口 若从某端口收到的所有BPDU里cost值都比自己从这个端口发出的BPDUcost值大 即本端口是这个网段BPDU里cost最小的 那么本端口就是该网段的DP 若最小值有两个以上 则比较BridgeID 较小者成为该网段的DP BridgeID 32768 0000 0000 0002 BridgeID 32768 0000 0000 0003 BPDU BPDU Cost 0 Cost 0 BPDU Cost 19 BPDU Cost 19 BPDU Cost 19 BPDU Cost 19 0 19 0 19 STP算法的过程 端口状态 所有RP端口和DP端口状态全都置为forwarding 具有交换机端口所有功能 既不是RP也不是DP的端口被称为Non designatedPort NDP 状态置为blocking 只能收发BPDU A B C Root forwarding forwarding forwarding forwarding forwarding blocking 到此 生成树就稳定下来了 NDP STP算法的过程 端口状态 STP算法的过程 定时器 2 FORWARDTIME 1s MAXAGE 2 HELLOTIME 1s 在根交换机中配置的下列三个参数将决定所有非根交换机的对应参数 STP算法的过程 拓扑改变 TCN TopologyChangeNotification 报文传播 TopologyChangeNotification TopologyChangeAcknowledge TopologyChange Root 收到TC报文的交换机将在除收到TC报文的所有其他端口清MAC表 STP存在的问题 临时环路问题 解决 引入ForwardDelay STP存在的问题 如果网络中的拓扑结构变化频繁 网络会频繁地失去连通性 这样用户就会无法忍受 端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的ForwardDelay时间 所以网络拓扑结构改变之后需要至少两倍的ForwardDelay时间 才能恢复连通性 RSTP的改进 RSTP 快速生成树 是从STP演化而来的 基本思想一样当交换网络拓扑结构发生变化时 RSTP可以更快地恢复网络的连通性RSTP只有3种端口状态 具备STP的所有功能 RSTP的改进 加快收敛速度RSTP所作的3点重要改进为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口 AlternatePort 和备份端口 BackupPort 两种角色 当根端口 指定端口失效的情况下 替换端口 备份端口就会无时延地进入转发状态 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时延地进入转发状态可人工设置直接与终端相连的端口为边缘端口 直接进入转发状态 当一个端口被选为指定端口之后 如果是点对点链路 即该指定端口的对端只有一个端口 这个指定端口先发出proposal请求 对端的网桥在条件满足的时候会发出agreement应答 指定端口接收到这个agreement应答之后就可以Forwarding了 RSTP 点对点链路握手 RSTP与STP端口状态对比 协议不同STP 802 1D RSTP 802 1W端口状态转换方式不同STP 5种 RSTP 3种配置消息报文格式不同拓扑改变消息的传播方式不同 RSTP与STP几个不同 RSTP的BPDU帧 RSTP网桥中可以传输三种BPDU a STPConfigBPDU b STPTCNBPDU c RSTPBPDU RSTP网桥的ForceVersion参数为0表示处于 STP兼容 模式 只传输a类和b类的BPDU 值为2表示处于正常的操作状态 能够传输所有三类BPDU ForceVersion参数的缺省值为2 在 STP兼容 模式下 RSTP不能快速将根端口和指定端口置为Forwarding 不能快速将候选端口转换成根端口 RSTP网桥的端口传输何种类型的BPDU由以下两个原则确定 如果网桥的ForceVersion为2 而且端口没有接收到a类和b类的BPDU 或者端口接收到c类的BPDU 那么端口就传输c类的BPDU 如果端口接收到a类或b类的BPDU 如端口所连的网桥是STP网桥 或者网桥的ForceVersion为0 那么端口就传输a类或b类的BPDU RSTP与STP兼容性 生成树产生的背景 MSTP协议原理 STP RSTP协议原理 生成树配置和排错 课程内容 Trunk链路上实际上运行着多个VLAN所有VLAN共用一棵生成树无法实现不同VLAN在多条Trunk链路上的负载均衡 A B C 所有VLAN被阻塞 STP RSTP在多vlan时遇到的问题 forwarding Blocking discarding MSTP解决方案 用少量资源在网络中实现多个生成树在多条Trunk链路上实现VLAN级负载均衡 实例A block实例B forward 实例A VLAN10 30实例B VLAN40 50 实例B block实例A forward A B C STP RSTP MSTP的比较 STP每个端口从阻塞到转发状态需要2倍的forwarddelay时间 默认一个forwarddelay为15秒 RSTP在STP的基础上得到改进 引入了边缘端口 备份端口 指定端口快速转发协商机制 使端口从阻塞到转发过程时间大大缩短MSTP在RSTP的基础上继续得到改进 引入了区域 实例的概念 同一台设备不同实例都可以设置自己的网桥优先级参数 一个实例可以包含1个和多个vlan 从而可以使一个端口在不同实例里可以有不同的端口角色和端口状态 比如同一个端口实例1为rootport处于转发状态 实例2为AlternatePort处于阻塞状态 从而使链路得到最有效的利用 STP RSTP MSTP的比较 STP RSTP MSTP的比较 Flags标志位字段定义 STP RSTP MSTP的比较 RSTP MSTP快速收敛体现 引入了边界端口 此类型端口一般为直接接终端的接口 不会形成环路 端口UP后马上可进入转发状态 但是此端口一旦收到一个bpdu报文就会切换成非边界端口选举成rootport后 可马上切换到转发状态引入了协商机制 点对点网络中指定端口发出请求报文得到下端设备根端口应答后也可马上切换到转发状态 下端根端口收到上端指定端口转发请求报文后 会先阻塞这台设备上其他的指定端口 然后上端指定端口发送请求应答报文 STP RSTP MSTP的比较 RSTP MSTP快速握手过程 STP RSTP MSTP的比较 STP协议中TC报文传播 拓扑改变通知消息 拓扑改变应答消息 拓扑改变消息 Root STP RSTP MSTP的比较 RSTP MSTP协议中TC报文传播 拓扑改变消息 Root 拓扑改变应答消息 MST区域 MSTRegion 域名 Regionname 修正级别 Revisionlevel VLAN 实例的映射所有拥有相同区域配置 RegionConfiguration 的MSTP交换机必须连续 MST区域 MSTP的几个基本概念 CST 公共生成树 是连接交换网络内所有MST域的单生成树 MSTP的几个基本概念 IST 内部生成树 是MSTP域内的一棵生成树 它和CST CommonSpanningTree 共同构成整个交换网络的生成树CIST CommonandInternalSpanningTree IST是CIST在一个MST域中的片段 CIST 公共和内部生成树 由IST和CST共同构成 是连接一个交换网络内所有网桥的单生成树 MSTI 多生成树实例 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 域根 MST域内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 总根 CIST的根网桥就是总根 也就是全网络的根网桥 MSTP的几个基本概念 MSTP的几个基本概念 Boundary端口即域边缘端口 有广义和狭义两种解释 广义的Boundary端口 泛指位于MST域的边缘 连接不同MST域的端口 或者连接MST域和SST网桥的端口 狭义的Boundary端口 仅指如果某个端口所连网段的指定网桥位于另外一个区域 那么这个端口就是Boundary端口 在进行MSTP计算的时候 Boundary端口在MST实例上的角色和CIST实例的角色保持一致 如果Boundary端口在CIST实例上的角色是根端口 则它在域内所有MST实例上的角色是Master端口 如果Boundary端口在CIST实例上的角色是指定端口 Alternate端口 Backup端口 Disabled端口 则它在域内所有MST实例上的角色与之相同 MSTP中的端口角色 1 根端口 RootPort 负责向树根方向转发数据的端口 2 指定端口负责向下游网段或网桥转发数据的端口 3 Master端口连接MST区域到总根方向的端口 4 替换端口 AlternatePort 根端口的备份端口 或者Master端口的备份端口 5 备份端口 BackupPort 同一个网桥的两个端口互联时 生成树会将其中一个端口阻塞起来 这个被阻塞的端口称为Backup端口 MSTP中的端口状态 MSTP中 根据端口是否学习MAC地址和是否转发用户流量 可将端口状态划分为以下三种 1 Forwarding状态学习MAC地址 转发用户流量 2 Learning状态学习MAC地址 不转发用户流量 3 Discarding状态不学习MAC地址 不转发用户流量 MSTP几个基本概念举例 MSTP几个基本概念举例 CST MSTP几个基本概念举例 IST MSTP几个基本概念举例 CIST MSTP几个基本概念举例 MSTI MSTP几个基本概念举例 端口角色 MSTP中master端口选举 1 一个区域中边界端口到总根网桥根路径花费最小的为master端口 2 若有一个区域有多个边界端口具有相同的最低根路径花费 则比较这本区域内这些边界端口所处交换机的网桥优先级 优先级最高的为master端口3 如果一个区域多个边界端口的最低根路径一致 本区域内交换级网桥优先级也一样 则比较区域外对方网桥优先级 优先级高的为master端口4 如果区域外对方网桥优先级也一样 则比较对方网桥发送bpdu端口的端口优先级 优先级高的为master端口 生成树产生的背景 MSTP协议原理 STP RSTP协议原理 生成树配置和排错 课程内容 MSTP配置举例 MSTP配置举例 A spanning treemstconfigurationregion nametest1revision level1instance1vlan100 200instance2vlan300 400activeconfigurationpendingexitspanning treemstinstance0priority0spanning treemstinstance1priority8192spanning treemstinstance2priority8192spanning treeenable B spanning treemstconfigurationregion nametest1revision level1instance1vlan100 200instance2vlan300 400activeconfigurationpendingexitspanning treemstinstance0priority32768spanning treemstinstance1priority32768spanning treemstinstance2priority0spanning treeenable C spanning treemstconfigurationregion nametest1revision level1instance1vlan100 200instance2vlan300 400activeconfigurationpendingexitspanning treemstinstance0priority8192spanning treemstinstance1priority0spanning treemstinstance2priority32768spanning treeenable MSTP配置举例 MSTP常用调试命令举例 RL08 191 showspanning treemstMSTInstance00vlansmapped 2 4094Bridgeaddress0001 7a4f 4847priority32768Regionrootaddress0001 7a4f 4847priority32768root 32774 rpc 0 epc 200000 hop 20Operationalhellotime2 forwardtime15 maxage20Configuredhellotime2 forwardtime15 maxage20 maxhops 20PortRoleStsCostPrio NbrType port0 5RootFWD200000128 06P2Pport0 0DesgFWD200000128 01P2PMSTInstance01vlansmapped 1BridgeIDaddress0001 7a4f 4847priority32769 32768Designatedrootaddress0001 7a4f 4847priority32769root 0 rpc 0 hop 20PortRoleStsCostPrio NbrType port0 5MastFWD200000128 06P2Pport0 0DesgFWD200000128 01P2P MSTP常用调试命令举例 RL08 191 debugspanning treemstproles4d 18 58 46 LINEPROTO 5 UPDOWN Lineprotocolonport0 19 changedstatetoup4d 18 58 47 MSTP 7 TRANS port0 19 INST0 rolestransfromDisabledtoDesignated 4d 18 58 47 MSTP 7 TRANS port0 19 INST1 rolestransfromDisabledtoDesignated 4d 18 58 50 MSTP 7 TRANS port0 19 INST0 rolestransfromDesignatedtoRoot 4d 18 58 50 MSTP 7 TRANS port0 19 INST1 rolestransfromDesignatedtoMaster 4d 18 58 50 MSTP 7 TRANS port0 19 INST1 rolestransfromMastertoDisabled 4d 18 58 50 MSTP 7 TRANS port0 19 INST1 rolestransfromDisabledtoMaster MSTP常用调试命令举例 RL08 191 debugspanning treemstpstate LINEPROTO 5 UPDOWN Lineprotocolonport0 19 changedstatetoup MSTP 7 TRANS port0 19 INST0 statetransfromDiscardingtoLearning MSTP 7 TRANS port0 19 INST1 statetransfromDiscardingtoLearning MSTP 7 TRANS port0 0 INST0 statetransfromForwardingtoDiscarding MSTP 7 TRANS port0 0 INST1 statetransfromForwardingtoDiscarding MSTP 7 TRANS port0 19 INST0 statetransfromLearningtoForwarding MSTP 7 TRANS port0 19 INST1 statetransfromLearningtoForwarding MSTP 7 TRANS port0 19 INST1 statetransfromForwardingtoDiscarding MSTP 7 TRANS port0 19 INST1 statetransfromDiscardingtoForwarding MSTP 7 TRANS port0 0 INST0 statetransfromDiscardingtoForwarding MSTP 7 TRANS port0 0 INST1 statetransfromDiscardingtoForwarding MSTP常用调试命令举例 RL08 191 debugspanning treemstpevent4d 19 04 35 LINEPROTO 5 UPDOWN Lineprotocolonport0 19 changedstatetoup4d 19 04 35 MSTP 7 EVENT Ageventreceived port0 19linkstatuschanged 4d 19 04 35 MSTP 7 EVENT Fdbflushonport0 19forinstance0 4d 19 04 35 MSTP 7 EVENT Fdbflushonport0 19forinstance1 4d 19 04 35 MSTP 7 EVENT Ageventreceived port0 19duplexstatuschanged 4d 19 04 35 MSTP 7 EVENT Ageventreceived port0 19speedchanged 4d 19 04 38 MSTP 7 EVENT Fdbflushonport0 0forinstance1 4d 19 04 39 MSTP 7 EVENT Fdbflushonport0 0forinstance0 4d 19 04 39 MSTP 7 EVENT Fdbflushonport0 0forinstance0 4d 19 04 39 MSTP 7 EVENT Fdbflushonport0 19forinstance1 4d 19 04 40 MSTP 7 EVENT Fdbflushonport0 19forinstance1 4d 19 04 41 MSTP 7 EVENT Fdbflushonport0 0forinstance0 4d 19 04 41 MSTP 7 EVENT Fdbflushonport0 0forinstance1 4d 19 04 41 MSTP 7 EVENT Fdbflushonport0 0forinstance0 4d 19 04 41 MSTP 7 EVENT Fdbflushonport0 0forinstance1 MSTP常用调试命令举例 RL08 191 debugspanning treemstpbpdutransmitRL08 191 debugspanning treemstpbpdureceiver4d 21 17 45 MSTPBPDUSTRUCTDUMP port0 0 Proto 0Version 3Type 2Role RootFlags ALF Root ID 0001 3434 3223 8000RegRoot ID 0001 7a4f 4980 8000Bridge ID 0001 7a4f 4980 8000Port ID 0 x8001Cost 200000Age 2Max Age 20Hello Time 2Forward Delay 154d 21 17 45 MSTPBPDU TXDUMP port0 0 0180c200000000017a4f4847000000000079424203000003023c800000013434322300030d40800000017a4f484780010100140002000f000000500074657374310000000000000000000000000000000000 RL08 191 config spanning treemst configurationEnterMSTconfigurationsubmodeforward timeSettheforwarddelayforthespanningtreehello timeSetthehellointervalforthespanningtreeinstanceSpanning treeinstancemax ageSetthemaxageintervalforthespanningtreemax hopsSetthemaxhopsvalueforthespanningtree MSTP其他配置命令 RL08 191 config port 0 1 spanning tree bpduSetspanning treebpduoptionsdisableDisableswitchenableEnableswitch default onguardSetspanning treeguardmodeofaninterfacelink typeSpecialalinktypeforthespanning treeprotocolmstMultiplespanningtreeportfastEnableportfastcapabilityRL08 191 config port 0 1 spanning treemstinstance0 costPortpathcost defaultdeterminedbylinkspeedprioritySetportpriorityoftheinterfaceRL08 191 config port 0 1 spanning treemstciscopre standardinteroperability MSTP其他配置命令 A B C三台设备之间交互MSTP格式bpdu报文B与E之间 B向E发送MSTP格式bpdu报文 E向B发送RSTP格式bpdu报文C与F之间 C向F发送STP格式bpdu报文 F也向C发送STP格式bpdu报文E与F之间 E向F发送STP格式bpdu报文 F也向E发送STP格式bpdu报文clearspanning treedetected protocols MSTP与RSTP STP的兼容性 1 在6 1 x版本中每对应个vlan都需要建立一个三层接口 此接口下可不用配置IP地址 否则会收不到bpdu报文2 在6 1 x版本中不支持在汇聚口上跑生成树协议 会把每根链路分别来参与生成树计算 导致汇聚口只有一条链路会处于转发状态3 在6 1 x版本中 全局生成树被disable后 端口收到bpdu报文能够进行透传 而在RL08版本中 则会被丢弃处理 MSTP中注意事项 1 修改了mst区域配置 但是没有执行activeconfigurationpending2 全局或端口spanning tree被disable了 导致生成树没有正常工作形成环路3 整个MST域中配置的pathcost算法不相同 可能出现端口角色错误 没有按预计的方式堵塞端口4 端口处于半双工模式或者端口上配置成了共享模式 导致状态切换比较慢5 与其他厂家互联时 在端口上没有启用端口摘要侦听功能 导致mstp不兼容 出现不能按预计实例堵塞端口情况 MSTP中常见故障 谢谢