第四章 交换网络冗余链路管理 Version 1.0.

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1 第四章 交换网络冗余链路管理 Version 1.0

2 内容回顾 VTP工作原理，使用VTP管理VLAN 交换机上VTP的配置 创立VTP域 配置VTP工作模式 VTP安全 VTP修剪 2/34

3 本章目标 了解生成树协议的用途 掌握生成树判定时使用的各种变量 掌握生成树工作原理、判定顺序和标准
掌握根网桥、指定网桥、根端口、指定端口的概念 掌握生成树中的各种状态和状态转换 掌握生成树中的定时器 3/34

4 透明网桥的工作原理 以太网桥在每个端口侦听数据帧中的源MAC地址，学习其他设备的MAC地址
网桥接到广播帧时，立即转发到除接收端口之外的所有其他端口 4/34

5 透明网桥的工作原理（Cont.） 1/1 1/2 主机A 主机B 5/34

6 透明网桥的工作原理（Cont.） 冗余线路网络环路 1/1 1/2 主机A 主机B 2/1 2/2 网段A 网段B 交换机A 交换机B
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7 生成树概述 引入生成树的原因 生成树的基本作用 广播环路 桥表破坏 通过阻断冗余链路，消除路径回环
出故障时，激活冗余备份链路，恢复网络连通性 7/34

8 生成树算法 选择根网桥 根关联 重复计算生成树 8/34

9 生成树算法（Cont.） STP判定 步骤1：确定根网桥，使用网桥ID 步骤2：计算到根网桥的最小根路径成本
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10 根路径成本 根路径成本的概念 路径成本的概念 两种成本的区别 10/34

11 根路径成本（Cont.） 链路带宽（Mb/s） 老的STP成本 新的STP成本 4 250 10 100 16 63 62 45 22 39
19 155 6 14 622 2 1000 1 10000 11/34

12 网桥ID和端口ID 网桥ID的组成 PortPriority：可配置 MAC 网桥优先级 MAC BID－8字节 取值范围：0～65535
2字节 取值范围：0～65535 缺省值： 6字节 来自背板/监控引擎 12/34

13 网桥ID和端口ID（Cont.） 端口ID的组成 PortPriority：可配置 Port Index 端口优先级 端口编号 16位
8位 8位 端口优先级 取值范围：0～255 缺省值： 13/34

14 BPDU桥接协议单元 BPDU的两种类型 配置BPDU：生成树计算 TCN BPDU：通告网络拓扑的变化 14/34

15 BPDU桥接协议单元（Cont.） 配置消息的内容 根网桥的Identifier（RootID）
从指定网桥到根网桥的最小路径成本（RootPathCost） 指定网桥的Identifier 指定网桥的指定端口的Identifier（RootID，RootPathCost，DesignatedBridgeID，DesignatedPortID） 15/34

16 BPDU桥接协议单元（Cont.） BPDU消息格式 DMA：目的MAC地址 SMA：源MAC地址 L/T：帧长
LLC Header Payload 项目 字节 协议ID 2 版本号 1 报文类型 标记域 根网桥ID 8 根路径成本 4 发送网桥ID 端口ID 报文老化时间 最大老化时间 访问时间 转发延迟 BPDU消息格式 DMA：目的MAC地址 SMA：源MAC地址 L/T：帧长 LLC Header ：配置消息固定的链路头 Payload ： BPDU数据 16/34

17 根网桥的选择 根网桥选择的依据：网桥ID 选择流程： 1、第一次启动交换机时，自己假定是根网桥，发出BPDU报文宣告
3、经过一段时间，生成树收敛，所有交换机都同意某网桥是根网桥 4、若有网桥ID值更小的交换机加入，它首先通告自己为根网桥。其它交换机比较后，将它当作新的根网桥而记录下来 17/34

18 根网桥的选择（Cont.） 根网桥 1/1 1/2 交换机C 交换机A 交换机B 100Mb/s 成本＝19 100Mb/s 成本＝19
网桥ID a 交换机B 网桥ID b 交换机C 网桥ID c 根网桥 100Mb/s 成本＝19 100Mb/s 成本＝19 100Mb/s 成本＝19 18/34

19 选择根端口 在每个非根网桥上选择根端口，即网桥连接到根网桥的最佳路径 确定根端口，STP的抉择过程： 到根网桥的最小根路径成本
最小的网桥ID 最小的端口ID 19/34

20 选择根端口（Cont.） 1/1 1/2 根网桥 交换机A 网桥ID 32768.00-00-00-0a 交换机B
网桥ID b 1/1 1/2 100Mb/s 成本＝19 交换机A 网桥ID a 交换机C 网桥ID c 根网桥 根端口 根端口 根路径成本＝19＋19 根路径成本＝19＋19 20/34

21 选择指定端口 指定端口选择流程： 选择根网桥和每台交换机的根端口后，初步形成树形结构 STP最后计算，在每个网段上标定一个指定端口
到根网桥的最小根路径成本 最小的网桥ID 最小的端口ID 21/34

22 选择指定端口（Cont.） 1/1 1/2 根网桥 交换机A 交换机B 交换机C 网桥ID 32768.00-00-00-0a 指定端口
100Mb/s 成本＝19 交换机A 网桥ID a 交换机B 网桥ID b 交换机C 网桥ID c 根网桥 指定端口 根路径成本＝0 指定端口 根路径成本＝0 根端口 根路径成本＝19 根端口 根路径成本＝19 指定端口 根路径成本＝19 交换机B网桥ID最小 22/34

23 生成树端口的各种状态 （Cont.） 端口能力 Disabled Blocking Listening Learning 端口状态
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 23/34

24 生成树端口的各种状态 （Cont.） Disabled（禁用） Blocking（阻塞） 网络管理员设定或网络故障 强制关闭
端口初始化后，不能收发数据，也不能向地址表添加MAC地址 24/34

25 生成树端口的各种状态 （Cont.） Listening（侦听） Learning（学习） Forwarding（转发） 构建活动的拓扑
交换机认为端口可选为根端口或指定端口，就把该端口blocking状态变为listening状态 Learning（学习） 端口在listening状态下经过一段时间后，转为learning状态 Forwarding（转发） 在learning状态下经历一定的转发延迟时间，转入forwarding状态 25/34

26 生成树端口的各种状态 （Cont.） 4、端口被取消根端口或者指定端口 3．端口被选作根端口或者指定端口 5、转发态计时器超时
2 2 Listening 3 4 5 1 Disabled 或Down Blocking Learning 4 2 2 4 7 6 Forwarding 5 4、端口被取消根端口或者指定端口 3．端口被选作根端口或者指定端口 5、转发态计时器超时 2．端口停用或者失效 7.UplinkFast 6.portfast 1．端口启动或者初始化 26/34

27 生成树端口的各种状态 （Cont.） 根网桥 交换机A 交换机B 交换机C 转发 转发 指定端口 指定端口 转发 根端口 根端口 转发 转发
非指定端口 阻塞 27/34

28 生成树计时器 HELLO时间 转发延迟 最大老化时间 28/34

29 生成树计时器（Cont.） 15秒 20秒 转发 学习 侦听 阻断 转发延迟 最大寿命 29/34

30 STP处理拓扑变化 拓扑变化 加入或移去交换机 链路中断或恢复 生成树通过BPDU检测到这些情况，生成树重新计算收敛 30/34

31 STP处理拓扑变化（Cont.） 根网桥A 网桥B 网桥D 网桥E 网桥C RP 1 2 3 DP 1. 交换机D生成拓扑 结构变化BPDU
NDP DP：指定端口 RP：根端口 NDP：非指定端口 31/34

32 STP处理拓扑变化（Cont.） STP处理拓扑变化流程 1、网桥D发现网桥D和 网桥E之间的线路失效
2、交换机D从RP向根网桥发出拓扑结构变化BPDU 3、交换机D不断发出拓扑结构变化的BPDU，直到收到指定网桥发出的拓扑结构变化确认BPDU 4、指定网桥（交换机B）给网桥D发出拓扑结构变化确认的BPDU，网桥B也从其根端口发送一个拓扑结构变化BPDU，该BPDU的目的如果不是它的指定网桥，那么就是根网桥 5、根网桥改变配置消息，告诉交换机网络拓扑结构正 发生变化。经过计算，重新得出网络拓扑结构 6、网桥从根网桥得到网络拓扑结构变化配置消息后，使用转发延迟计时器更新其地址表中的条目 32/34

33 本章总结 生成树是交换网络中最重要的组成部分之一
生成树协议是网桥到网桥之间的冗余链路管理协议，在防止网络中产生环路的同时，提供了路径的冗余备份 生成树协议通过BPDU，将拓扑结构的变化从交换机传输到交换机 通过BPDU消息可以实现： 为稳定的生成树网络拓扑结构选择一台根交换机 为每个交换网段选择一台指定交换机 通过把冗余的交换机端口配置为阻断状态，来消除网络中的环路 33/34

34 本章总结（Cont.） 生成树启用时，交换机端口总是处于阻断、侦听、学习、转发或关闭状态 生成树算法复杂，收敛出无环拓扑的过程如下：
步骤1：选择根网桥 步骤2：选择根端口 步骤3：选择指定端口 使用4步判决过程来确定生成树： 步骤1：确定根网桥 步骤2：计算到根网桥的最小路径成本 步骤3：确定最小的发送方网桥ID 步骤4：确定最小的端口ID 34/34