6.生成树协议

生成树协议交换机工作原理•根据MAC地址表转发数据帧，如果地址未知，则广播aabbA查MAC地址表，目的地址在表中不存在A广播这个数据帧广播风暴的产生•当网络中存在物理环路，会产生广播风暴AaabbBCA查MAC地址表，目标地址在表中不存在，A广播这个帧B与C查MAC地址表，未知目标地址，B与C广播该帧形成双向广播环，广播永远不会停止，产生广播风暴广播风暴最终会导致网络资源耗尽，交换机死机！STP协议介绍•STP－SpanningTreeProtocol（生成树协议）•逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生•当线路出现故障，断开的接口被激活，恢复通信，起备份线路的作用BSTP的算法•STP将一个环形网络生成无环拓朴的步骤：–选择根网桥（RootBridge）–选择根端口（RootPorts）–选择指定端口（DesignatedPorts）网桥是交换机的前身，由于STP是在网桥基础上开发的，因此现在在交换机的网络中仍然沿用网桥这一术语第一步：选择根网桥选择根网桥的依据•网桥ID（BID）–网桥ID是唯一的，交换机之间选择BID值最小的交换机作为网络中的根网桥网桥优先级网桥的MAC地址2字节6字节取值范围：0～65535缺省值：32768选择根网桥的目的是为了给将生成的树形结构确定一个树根STP选择根网桥举例•根据网桥ID选择根网桥优先级：4096MAC地址：000d.2800.b100优先级：32768MAC地址：000d.2800.b101优先级：32768MAC地址：000d.2800.b102RootBridge下一步：选择根端口以本拓朴为例，介绍STP的计算过程选择根端口的依据•在非根网桥上选择一个到根网桥最近的端口作为根端口•选择根端口的依据是：–根路径成本最低–直连（上游）的网桥ID最小–端口（上游）ID最小根路径成本•根路径成本（开销）－是网桥到根网桥的路径上所有链路的成本之和，默认10M/100M自适应的路径开销为200000RootBridge路径成本：19路径成本：100BAPort1C的Port1根路径成本＝19＋100＝119端口ID•端口ID的组成端口优先级端口编号8位8位取值范围：0～255缺省值：128100MSTP选择根端口举例•在非根桥上，选择一个根端口（RP）优先级：4096MAC地址：000d.2800.b100优先级：32768MAC地址：000d.2800.b101优先级：32768MAC地址：000d.2800.b102RootBridge下一步：选择指定端口100M100MRootPortRootPort在B和C上，到达A最近的端口是B和C的根端口选择指定端口的依据•在每个网段上，选择1个指定端口–根桥上的端口全是指定端口–非根桥上的指定端口：•根路径成本最低•端口所在的网桥的ID值较小•端口ID值较小STP选择指定端口举例•在每个网段选择1个指定端口（DP）100M优先级：4096MAC地址：000d.2800.b100优先级：32768MAC地址：000d.2800.b101优先级：32768MAC地址：000d.2800.b102RootBridge100M100MRootPort这个端口既不是根端口，也不是指定端口，STP将这个端口阻塞（Block）在这个网段上，B的网桥ID较小，所以B上的端口为指定端口DPDPDP根网桥上的端口都是指定端口STP计算结果•经过STP计算，最终的逻辑结构为无环拓朴100M优先级：32768MAC地址：000d.2800.b101优先级：32768MAC地址：000d.2800.b102100M优先级：4096MAC地址：000d.2800.b100备份线路STP举例BID：32768000d.2800.b100BID：32768000d.2805.c100BID：32768000d.2810.d100BID：32768000d.2811.e100100M100M100M100M100MRootBridgeRPRPRPDPDPDPBlock经过STP计算后的逻辑拓朴BID：32768000d.2800.b100BID：32768000d.2805.c100BID：32768000d.2810.d100BID：32768000d.2811.e100100M100M100MRootBridgeBPDU（桥协议数据单元）•交换机之间使用BPDU来交换STP信息•BPDU–BridgeProtocolDataUnit－桥协议数据单元•使用组播发送BPDU，组播地址为：01-80-c2-00-00-00•BPDU分为2种类型：–配置BPDU－用于生成树计算–拓朴变更通告（TCN）BPDU－用于通告网络拓朴的变化有没有想过，交换机怎么知道其他交换机的网桥ID？怎么知道哪个端口的根路径成本最小？BPDU包含的关键字段字段字节作用协议ID2版本号1报文类型1标识是配置BPDU还是TCNBPDU标记域1根网桥ID8用于通告根网桥的ID根路径成本4说明这个BPDU从根传输了多远发送网桥ID8发送这个BPDU网桥的ID端口ID2发送报文的端口的ID报文老化时间2计时器值，用于说明生成树用多长时间完称它的每项功能最大老化时间2访问时间2转发延迟2100MSTP使用BPDU选择根网桥2-1100M网桥ID：32768.000d.2800.b101网桥ID：32768.000d.2800.b102网桥ID：4096.000d.2800.b100字段值根网桥ID32768.000d.2800.b101根路径成本0发送网桥ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxx•交换机启动时，假定自己是根网桥，在向外发送的BPDU中，根网桥ID字段填写自己的网桥ID100M100M100MSTP使用BPDU选择根网桥2-2100M字段值根网桥ID4096.000d.2800.b100根路径成本0发送网桥ID4096.000d.2800.b100端口IDxxxx•当接收到其他交换机发出的BPDU后，比较网桥ID，选择较小的添加到根网桥ID中100M字段值根网桥ID4096.000d.2800.b100根路径成本0发送网桥ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxx100M网桥ID：32768.000d.2800.b101网桥ID：32768.000d.2800.b102网桥ID：4096.000d.2800.b100当全网所有的交换机接收到全部的BPDU并作比较后，就可以选择出唯一的一个根网桥STP使用BPDU计算根路径成本2-1100M100M100M字段值根网桥ID4096.000d.2800.b100根路径成本0发送网桥ID4096.000d.2800.b100端口IDxxxx•根网桥发送根路径成本为0的BPDU100MRootBridge网桥ID：32768.000d.2800.b101网桥ID：32768.000d.2800.b102网桥ID：4096.000d.2800.b100RootBridgeSTP使用BPDU计算根路径成本2-2•其他交换机接收到根网桥的BPDU后，在根路径成本上添加接收接口的路径成本，然后转发100M100M100M字段值根网桥ID4096.000d.2800.b100根路径成本19发送网桥ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxx100M交换机保存接口的根路径成本到内存中网桥ID：32768.000d.2800.b101网桥ID：32768.000d.2800.b102网桥ID：4096.000d.2800.b100生成树端口的状态状态用途转发（Forwarding）发送和接收用户数据学习（Learning）构建网桥表侦听（Listening）构建“活动”拓朴阻塞（Blocking）只接收BPDU禁用（Disable）强制关闭•交换机端口的5种STP状态生成树计时器20秒20秒15秒35秒15秒50秒阻断倾听转发学习最大寿命转发延迟转发延迟•交换机开机需要等待30秒时间开始转发数据•当某个正在使用的链路断掉，阻塞的端口需要50秒时间开始转发数据STP状态机监听阻塞转发学习1）端口启用或初始化2）端口禁用或故障3）端口被选为根端口或指定端口4）端口被选为非指定端口5）转发定时器超时（1，6）（2）（2）（2）（2）（1）（2）（4）（4）（5）（4）（5）（3）6）PortFast（6）禁用在STP选举过程中，端口是不能转发用户数据的。端口一开始处于阻塞状态，这个状态只能接收BPDU；STP状态机监听阻塞转发学习1）端口启用或初始化2）端口禁用或故障3）端口被选为根端口或指定端口4）端口被选为非指定端口5）转发定时器超时（1，6）（2）（2）（2）（2）（1）（2）（4）（4）（5）（4）（5）（3）6）PortFast（6）禁用阻塞阻塞在STP选举过程中，端口是不能转发用户数据的。端口一开始处于阻塞状态，这个状态只能接收BPDU；一个接口20秒没收到BPDU，也就是到了最大时间，端口会进入侦听状态，这时接口可以接收BPDU，并开始发送BPDU；STP状态机监听阻塞转发学习1）端口启用或初始化2）端口禁用或故障3）端口被选为根端口或指定端口4）端口被选为非指定端口5）转发定时器超时（1，6）（2）（2）（2）（2）（1）（2）（4）（4）（5）（4）（5）（3）6）PortFast（6）禁用监听在STP选举过程中，端口是不能转发用户数据的。端口一开始处于阻塞状态，这个状态只能接收BPDU；一个接口20秒没收到BPDU，也就是到了最大时间，端口会进入侦听状态，这时接口可以接收BPDU，并开始发送BPDU；发送15秒的BPDU，接口将会为转发用户数据做准备，也开始学习MAC地址，这个状态叫学习状态；STP状态机监听阻塞转发学习1）端口启用或初始化2）端口禁用或故障3）端口被选为根端口或指定端口4）端口被选为非指定端口5）转发定时器超时（1，6）（2）（2）（2）（2）（1）（2）（4）（4）（5）（4）（5）（3）6）PortFast（6）禁用监听学习在STP选举过程中，端口是不能转发用户数据的。端口一开始处于阻塞状态，这个状态只能接收BPDU；一个接口20秒没收到BPDU，也就是到了最大时间，端口会进入侦听状态，这时接口可以接收BPDU，并开始发送BPDU；发送15秒的BPDU，接口将会为转发用户数据做准备，也开始学习MAC地址，这个状态叫学习状态；再经过15秒的学习后，端口进入转发状态，转发状态是一个正常的接口。STP状态机监听阻塞转发学习1）端口启用或初始化2）端口禁用或故障3）端口被选为根端口或指定端口4）端口被选为非指定端口5）转发定时器超时（1，6）（2）（2）（2）（2）（1）（2）（4）（4）（5）（4）（5）（3）6）PortFast（6）禁用监听学习转发spanning-tree设置开启STP：switchA(Config)#spanning-treeMSTPisstartingnow,pleasewait...........MSTPisenabledsuccessfully.spanning-tree设置查看配置SW1#shspanning-tree--MSTPBridgeConfigInfo--Standard:IEEE802.1sBridgeMAC:00:03:0f:01:0e:30BridgeTimes:MaxAge20,HelloTime2,ForwardDelay15ForceVersion:3###########################Instance0###########################SelfBridgeId:32768-00:03:0f:01:0e:30RootId:16384.00:03:0f:01:0f:52Ext.RootPathCost:200000RegionRootId:thisswitchI