实施STP LAN 交换及无线–第 5 章.ppt

实施STP,LAN 交换及无线第 5 章,章节目标,说明冗余功能对融合网络的作用概要说明 STP 如何在融合网络中消除第 2 层环路说明 STP 算法如何通过三个步骤收敛于无环拓扑在 LAN 中采用快速 PVST+来防止冗余交换机之间出现环路.,章节索引,5.1 具备冗余功能的第2层拓扑5.2 STP简介5.3 STP收敛5.4 PVST+,RSTP 和 快速PVST+,5.1 具备冗余功能的第2层拓扑,LAN 交换及无线第 5 章,5.1.1 冗余功能,第 2 层冗余功能通过添加设备和电缆来实现备用网络路径，从而提升网络可用性。当有多条网络路径可用于数据传输时，即使一条路径失效，也不会影响网络上设备的连通性。,5.1.1 冗余功能,在分层设计中，实现冗余功能的方法是在分布层和核心层添加额外的硬件，并通过额外添加的硬件建立备用路径。,5.1.2 冗余功能存在的问题,广播风暴当卷入第 2 层环路的广播帧过多，导致所有可用带宽都被耗尽时，便形成了广播风暴。此时没有带宽可供正常流量使用，网络无法支持数据通信。,20Bytes,Version(4),Destination IP Address(32),Options(0 or 32 if any),Data(varies if any),Bit 0,Bit 15,Bit 16,Bit 31,HeaderLength(4),Priority&Type of Service(8),Total Length(16),Identification(16),Flags(3),Fragment offset(13),Time to live(8),Protocol(8),Header checksum(16),Source IP Address(32),IP包的结构,字节和数字的存储顺序是从右到左，依次是从低位到高位，而网络存储顺序是从左到右，依次从低位到高位。,5.1.2 冗余功能存在的问题,重复的单播帧广播帧并不是会受环路影响的唯一一种帧。发送到环路网络的单播帧也可能造成目的设备收到重复的帧。,5.1.3 现实中的冗余问题,5.1.3 现实中的冗余问题,5.1.3 现实中的冗余问题,配线间中的环路,5.1.3 现实中的冗余问题,工作室内的环路,5.2 STP简介,LAN 交换及无线第 5 章,5.2.1 生成树算法,冗余功能可防止网络因单个故障点（例如网络电缆或交换机故障）而无法运行，以此提升网络拓扑的可用性。向第 2 层设计引入冗余功能时，环路和重复帧现象也可能随之而出现。环路和重复帧对网络有着极为严重的影响。生成树协议(STP)便旨在解决这些问题。,5.2.1 生成树算法,一般STP操作,5.2.1 生成树算法,STP 可以弥补网络故障所带来的问题,5.2.1 生成树算法,STP 会特意阻塞可能导致环路的冗余路径，以确保网络中所有目的地之间只有一条逻辑路径。当一个端口阻止流量进入或离开时，该端口便视为处于阻塞状态。阻塞冗余路径对于防止网络环路非常关键。为了提供冗余功能，这些物理路径实际依然存在，只是被禁用以免产生环路。一旦需要启用此类路径来抵消网络电缆或交换机故障的影响时，STP 就会重新计算路径，将必要的端口解除阻塞，使冗余路径进入活动状态。,5.2.1 生成树算法,STP 使用生成树算法(STA)计算网络中的哪些交换机端口应配置为阻塞才能防止环路形成。STA 会将一台交换机指定为根桥，然后将其用作所有路径计算的参考点。所有参与 STP 的交换机互相交换 BPDU 帧，以确定网络中哪台交换机的网桥 ID(BID)最小。BID 最小的交换机将自动成为 STA 计算中的根桥。,5.2.1 生成树算法,BPDU 是运行 STP 的交换机之间交换的消息帧。每个 BPDU 都包含一个 BID，用于标识发送该 BPDU 的交换机。BID 内含有优先级值、发送方交换机的 MAC 地址以及可选的扩展系统 ID。BID 值的大小由这三个字段共同决定。,5.2.1 生成树算法,5.2.1 生成树算法,到根桥的最佳路径开销,5.2.1 生成树算法,到根桥的最佳路径开销-配置端口开销,5.2.1 生成树算法,到根桥的最佳路径开销-路径开销,5.2.1 生成树算法,到根桥的最佳路径开销 检验端口和路径开销,5.2.2 STP BPDU,BPDU 字段,5.2.2 STP BPDU,5.2.2 STP BPDU,广播域中的每台交换机最初都会将自己视为生成树实例中的根桥，因此其送出的 BPDU 帧中将自己的 BID 作为根 ID。默认情况下，BPDU 帧是在交换机启动后每 2 秒发送一次，也就是说 BPDU 帧中 hello 计时器的默认值是 2 秒。每台交换机都维护着有关其 BID、根 ID 以及到根桥的路径开销的本地信息。,5.2.2 STP BPDU,5.2.2 STP BPDU,当邻接交换机收到 BPDU 帧时，它们会将 BPDU 帧内的根 ID 与本地根 ID 比较。如果 BPDU 中的根 ID 比本地根 ID 更小，交换机便更新本地根 ID 以及它送出的 BPDU 消息内的根 ID。这些消息的作用是告诉网络新的根桥。此外，路径开销也会更新，以指出到根桥的距离。,5.2.2 STP BPDU,5.2.2 STP BPDU,交换机的根 ID 更新后，其送出的所有后续 BPDU 帧都会包含新的根 ID 以及更新后的路径开销。通过这种方式，所有其它邻接交换机就能始终看到最小的根 ID。随着 BPDU 帧在其它邻接交换机之间传递，路径开销也不断更新，以指示到根桥的总路径开销。生成树中的每台交换机使用其路径开销来指示到根桥的最佳可能路径。,5.2.2 STP BPDU,5.2.3 网桥 ID,网桥 ID(BID)用于确定网络中的根桥(若都是默认优先级？)。,5.2.3 网桥 ID,配置并检验 BID,2457628672,5.2.3 网桥 ID,5.2.4 端口角色,5.2.4 端口角色,128.1?128.2?,5.2.4 端口角色,5.2.5 STP 端口状态和 BPDU 计时器,5.2.5 STP 端口状态和 BPDU 计时器,5.2.5 STP 端口状态和 BPDU 计时器,5.2.5 STP 端口状态和 BPDU 计时器,5.2.5 STP 端口状态和 BPDU 计时器,5.3 STP 收敛,LAN 交换及无线第 5 章,5.3.1 STP 收敛,5.3.2 步骤 1.选举根桥,5.3.3 步骤 2.选举根端口,5.3.4 步骤 3.选举指定端口和非指定端口,5.3.5 STP 拓扑更改,当转发端口关闭（例如被阻塞）或某端口在交换机已具有指定端口的情况下转换为转发状态时，交换机会认为自己检测到了拓扑更改。如果检测到更改，交换机会通知生成树的根桥。然后根桥将该信息广播到整个网络。,5.3.5 STP 拓扑更改,5.4 PVST+,RSTP 和快速 PVST+,LAN 交换及无线第 5 章,5.4.1 Cisco 及 STP 变体,5.4.2 PVST+,5.4.2 PVST+,Cisco Catalyst 2960 系列交换机默认生成树配置,发送抑制计数：交换机在每个Hello Time时间内发送配置消息报文的最大数目,5.4.2 PVST+主根桥和次根桥,5.4.2 PVST+主根桥和次根桥,5.4.2 PVST+检验,5.4.3 RSTP,快速，收敛时间可达几百毫秒IEEE 802.1w 协议端口角色（替换或备份端口、边缘端口）与端口状态（丢弃、学习、转发）如果端口被配置为替换端口或备份端口，则该端口可以立即转换到转发状态，而无需等待网络收敛。RSTP 能够主动确认端口是否能安全转换到转发状态，而不需要依靠任何计时器来作出判断。如果连续三段 hello 时间（默认为 6 秒）内没有收到 hello 消息，或者当最大老化时间计时器过期时，协议信息可立即过期。由于 BPDU 被用作保持活动的机制，连续三次未收到 BPDU 就表示网桥与其相邻的根桥或指定网桥失去连接。信息快速老化意味着故障能够被快速检测到。,5.4.3 RSTP,5.4.3 RSTP,5.4.4 边缘端口,RSTP 边缘端口是指永远不会用于连接到其它交换机设备的交换机端口。当启用时，此类端口会立即转换到转发状态。,5.4.5 链路类型,链路类型用于将参与 RSTP 的每个端口分类。链路类型可预先确定待命端口要扮演的活动角色，以便在满足特定条件时端口立即转换到转发状态。边缘端口和非边缘端口需满足不同的条件。非边缘端口分类为两种链路类型：点对点和共享。链路类型是自动确定的，但可以使用显式端口配置覆盖。,5.4.5 链路类型,5.4.6 RSTP 端口状态和端口角色,5.4.6 RSTP 端口状态和端口角色,5.4.7 配置快速 PVST+,5.4.7 配置快速 PVST+,5.4.7 Configuring rapid PVST+,5.4.8 精心规划STP-合理选择根桥,5.4.8 精心规划STP-尽量减少阻塞端口,5.4.8 精心规划STP-尽量减少阻塞端口,5.4.8 精心规划STP,5.4.9 排除STP运行故障,5.4.9 排除STP运行故障,5.4.9 排除STP运行故障-portfast错误配置,5.4.9 排除STP运行故障-开启BPDUguard,5.4.9 排除STP运行故障-网络直径问题,章节总结,STP可以防止采用冗余链路的分层网络中形成环路。STP 使用不同的端口状态和计时器来防止出现环路。网络中的一台交换机会被指定为根桥。根桥通过选举来确定，在选举过程中，广播域内的邻居交换机之间会交换 BPDU 帧。网络中所有其它交换机使用生成树算法来确定其交换机端口的角色。最接近根桥的交换机端口成为根端口。其它的非根端口将竞争成为指定或非指定端口。,章节总结,因为生成树协议收敛需要花费 50 秒时间才能完成 RSTP，所以人们开发了快速 PVST+:RSTP 将收敛时间减少到 6 秒左右。快速 PVST+在 RSTP 的基础上添加了 VLAN 支持。快速 PVST+是 Cisco 交换网络中首选的生成树协议。,