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1、STP,局域网中通常会存在冗余链路。需要一种方法阻塞冗余链路，消除路径环路，并且在必要时将冗余链路自动切换为转发状态，恢复网络的连通性。 生成树协议就可以实现这样的功能。生成树协议包括STP、RSTP、MSTP等。 本章对STP的工作原理进行详细介绍。,引入,了解STP消除环路的思想 掌握STP的基本概念 掌握STP计算过程 掌握STP的端口状态 掌握STP拓扑改变处理过程 了解STP的不足,课程目标,学习完本课程，您应该能够：,STP介绍 STP基本概念 STP计算过程 STP端口状态 STP拓扑改变处理过程 STP协议的不足,目录,Page4,交换机转发流程回顾,E0/2,E0/3,E0/
2、5,E0/6,00-0D-56-BF-88-10,00-0D-56-BF-88-20,PCA,SWA,SWB,PCB,Page5,环路引起的问题之一 广播风暴,PCA,SWA,SWB,广播,Page6,交换机学习MAC地址表回顾,E0/2,E0/3,E0/5,E0/6,00-0D-56-BF-88-10,00-0D-56-BF-88-20,PCA,SWA,SWB,PCB,Page7,E0/3,E0/4,E0/5,E0/6,PCA,SWA,SWB,00-0D-56-BF-88-10,E0/2,00-0D-56-BF-88-10,E0/2,00-0D-56-BF-88-10,E0/4,错误目的端口
3、,环路引起的问题之二 MAC地址表不稳定,什么是STP？,STP是二层网络中用于消除环路的协议 通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环 当前活动路径发生故障时，激活冗余备份链路，恢复网络连通性,ROOT,Physical Segment A,Physical Segment B,Physical Segment C,Physical Segment D,Physical Segment E,STP消除环路的思想,将网络拓扑修剪为树形 选择树根节点 确定最短路径 阻塞冗余链路,ROOT,Physical Segment A,Physical Segment B,Physical Se
4、gment C,Physical Segment D,Physical Segment E,STP介绍 STP基本概念 STP计算过程 STP端口状态 STP拓扑改变处理过程 STP协议的不足,目录,桥和端口的角色,桥的角色： 根桥 指定桥 端口角色： 根端口 指定端口 Alternate端口,根桥,根端口,根端口,指定端口,指定端口,指定端口,Alternate端口,指定桥 SWA,SWB,SWC,SWA,指定桥 SWB,桥ID,桥ID用于在STP中唯一的标识一个桥，桥ID由两部分组成，长度为8个字节 桥优先级：高16位 (065535,默认32768) 优先级（16bit） = 4Bit
5、桥优先级 + 12Bit 扩展系统ID MAC地址：低48位,路径开销（Path Cost）,路径开销用于衡量桥与桥之间路径的优劣 STP中每条链路都具有开销值 路径开销等于路径上全部链路开销之和,SWB,SWC,SWA,1Gig,1Gig,Cost 20,Cost 200,100M,链路开销标准,配置BPDU,网桥通过交互配置BPDU获取STP计算所需要的参数 配置BPDU基于二层组播方式发送，目的地址为01-80-C2-00-00-00 配置BPDU由根桥周期发出，发送周期为Hello Time。 配置BPDU老化时间为Max Age。,SWA,SWB,配置BPDU,Root,SWC,配置
6、BPDU,配置BPDU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,Payload,L/T,SMA,DMA,LLC Header,Root ID,Root Path Cost,Bridge ID,Port ID,Parameters,Byte,Protocol ID,2,Protocol Version ID,BPDU Type,Flags,Message Age,1,1,1,8,4,8,2,2,Max Age,Hello Time,Forward Delay,2,2,2,STP介绍 STP基本概念
7、 STP计算过程 STP端口状态 STP拓扑改变处理过程 STP协议的不足,目录,计算步骤,任务一：选举根桥 任务二：确定端口角色,SWB BID=8192.MACB,SWA BID=0.MACA,SWD BID=4096.MACD,1 Gig Path Cost = 20,1 Gig Path Cost = 20,100M Path cost = 200,100M Path cost = 200,SWC BID=32768.MACC,2 Gig 聚合 Path cost = 18,计算方法,配置BPDU处理 网桥将各个端口收到的配置BPDU和自己的配置BPDU做比较，得出优先级最高的配置BP
8、DU 网桥用优先级最高的配置BPDU更新本身的配置BPDU ，用于选举根桥和确定端口角色 网桥从指定端口发送新的配置BPDU 配置BPDU比较原则优先级向量最小者最优 首先比较Root Bridge ID 其次比较Root Path Cost 再次比较Designate Bridge ID 再其次比较Designate Port ID 最后比较Bridge Port ID,根桥选举过程,SWB BID=8192.MACB,SWA BID=0.MACA,SWD BID=4096.MACD,SWC BID=32768.MACC,我是根桥,我是根桥,我是根桥,寻找最小桥ID,Root ID =819
9、2.MACB,根桥选举过程（续）,Root ID =8192.MACB,Root ID =0.MACA,Root ID =0.MACA,Root ID =32768.MACC,Root ID =8192.MACB,Root ID =32768.MACC,Root ID =32768.MACC,Root ID =4096.MACD,Root ID =4096.MACD,SWA BID=0.MACA,SWB BID=8192.MACB,SWC BID=32768.MACC,SWD BID=4096.MACD,根桥选举过程（续）,SWB BID=8192.MACB,SWA BID=0.MACA,SW
10、D BID=4096.MACD,SWC BID=32768.MACC,我是根桥,SWA是根桥,SWA是根桥,根桥选举过程（续）,Root ID =0.MACA,Root ID =0.MACA,Root ID =0.MACA,Root ID =0.MACA,Root ID =0.MACA,Root ID =0.MACA,Root ID =4096.MACD,Root ID =4096.MACD,SWA BID=0.MACA,SWB BID=8192.MACB,SWC BID=32768.MACC,SWD BID=4096.MACD,根桥选举结果,SWB BID=8192.MACB,SWA BID
11、=0.MACA,SWD BID=4096.MACD,SWC BID=32768.MACC,SWA是根桥,SWA是根桥,SWA是根桥,确定端口角色的标准,根端口：网桥上到根桥最近的端口 指定端口：端口的配置BPDU在其所属链路上是最优的 Alternate端口：端口的配置BPDU在其所属链路上不是最优的，且端口不是根端口,端口角色确定过程,SWB BID=8192.MACB,SWA BID=0.MACA,SWD BID=4096.MACD,1 Gig Path Cost = 20,1 Gig Path Cost = 20,100M Path cost = 200,100M Path cost =
12、 200,SWC BID=32768.MACC,2 Gig 聚合 Path cost = 18,Root ID =32768.MACC RPC=0,Root ID =8192.MACB RPC=0,端口角色确定过程（续）,Root ID =8192.MACB RPC=0,Root ID =8192.MACB RPC=0,Root ID =0.MACA RPC=0,Root ID =0.MACA RPC=0,Root ID =32768.MACC RPC=0,Root ID =32768.MACC RPC=0,Root ID =4096.MACD RPC=0,Root ID =4096.MACD
13、 RPC=0,SWA BID=0.MACA,SWB BID=8192.MACB,SWC BID=32768.MACC,SWD BID=4096.MACD,端口角色确定过程（续）,SWB BID=8192.MACB,SWA BID=0.MACA,SWD BID=4096.MACD,SWC BID=32768.MACC,我是根桥 RPC=0,我是根桥RPC=0,SWA是根桥RPC=18,RPC=200,RPC=18,SWA是根桥RPC=200,端口角色确定过程（续）,Root ID =0.MACA RPC=18,Root ID =0.MACA RPC=200,Root ID =0.MACA RPC
14、=200,Root ID =0.MACA RPC=0,Root ID =0.MACA RPC=0,Root ID =0.MACA RPC=18,Root ID =4096.MACD RPC=0,Root ID =4096.MACD RPC=0,SWA BID=0.MACA,SWB BID=8192.MACB,SWC BID=32768.MACC,SWD BID=4096.MACD,端口角色确定过程（续）,SWB BID=8192.MACB,SWA BID=0.MACA,SWD BID=4096.MACD,SWC BID=32768.MACC,我是根桥 RPC=0,SWA是根桥RPC=18,RP
15、C=38,RPC=18,RPC=218,SWA是根桥RPC=38,SWA是根桥RPC=218,端口角色确定过程（续）,Root ID =0.MACA RPC=18,Root ID =0.MACA RPC=38,Root ID =0.MACA RPC=0,Root ID =0.MACA RPC=0,Root ID =0.MACA RPC=18,SWA BID=0.MACA,SWB BID=8192.MACB,SWC BID=32768.MACC,SWD BID=4096.MACD,端口角色确定过程（续）,SWB BID=8192.MACB,SWA BID=0.MACA,SWD BID=4096.
16、MACD,SWC BID=32768.MACC,我是根桥 RPC=0,SWA是根桥RPC=18,RPC=38,RPC=18,RPC=58,SWA是根桥RPC=38,SWA是根桥RPC=58,端口角色确定结果,Alternate端口： 端口既非根端口也非指定端口,指定端口： 端口拥有该链路上最优的配置消息,根桥路径开销=38,根桥ID =0.MACA Root Path Cost= 18,根桥ID =0.MACA Root Path Cost=38,根桥ID =0.MACA Root Path Cost=0,根端口： 该端口到根桥的开销最小 38200,根桥路径开销=200,SWB BID=81
17、92.MACB,STP计算结果,SWB BID=8192.MACB,SWA BID=0.MACA,SWD BID=4096.MACD,SWC BID=32768.MACC,指定端口,指定端口,根端口,根端口,根端口,指定端口,指定端口,Alternate端口,Alternate端口,根桥,指定端口,等路径开销计算,根桥,SWA BID=0.MACA,SWA BID=0.MACA,根桥,SWB BID=8192.MACB,SWC BID=32768.MACC,SWB BID=8192.MACB,SWC BID=32768.MACC,SWD BID=4096.MACD,Path cost = 20
18、0,Path cost = 200,Path cost = 200,Path cost = 200,Path cost = 200,Path cost = 200,Path cost = 200,D,D,R,R,D,A,D,D,R,R,R,D,D,A,等路径开销计算（续）,R,Path cost = 200,Path cost = 200,SWA BID=0.MACA,根桥,SWB BID=8192.MACB,E0/1,E0/2,D,D,A,R,Path cost = 200,Path cost = 200,SWA BID=0.MACA,根桥,SWB BID=8192.MACB,E0/1,D,
19、A,Path cost = 200,E0/2,E0/1,E0/1,E0/2,Physical Segment,收到低优先级配置BPDU时的处理,根桥,根桥,BPDU,BPDU,BPDU,SWA BID=0.MACA,SWB BID=8192.MACB,SWC BID=32768.MACC,SWA BID=0.MACA,SWB BID=8192.MACB,SWC BID=32768.MACC,SWD BID=4096.MACD,BPDU,低优先级配置BPDU,Hello Timer,BPDU,STP介绍 STP基本概念 STP计算过程 STP端口状态 STP拓扑改变处理过程 STP协议的不足,目
20、录,临时环路问题,当拓扑结构发生变化，新的配置BPDU要经过一定的时延才能传播到整个网络，在所有网桥收到这个变化的消息之前可能会存在临时环路,根桥,SWA BID=0.MACA,SWB BID=8192.MACB,SW C BID=4096.MACC,D,R,D,R,根桥,SWA BID=0.MACA,SW B BID=8192.MACB,SWC BID=4096.MACC,D,R,D,D,R,D,新链路,通过中间状态避免临时环路,STP为端口定义了五种状态： Disabled、Blocking、Listening、Learning、Forwarding 各端口状态对配置BPDU收发、MAC地
21、址学习以及数据收发的处理有所不同,Forward Delay延时,从中间状态Listening经过一个延时进入另一个中间状态Learning 从Learning状态再经过一个延时进入Forwarding状态 延时长度为Forward Delay,STP端口状态机,Disabled,Listening,Blocking,Forwarding,Learning,1）端口enabled,2）端口disabled,3）端口被选为根端口或指定端口,4）端口被选为Alternate端口（阻塞）,5）Forward Delay延时,（1）,（2）,（2）,（2）,（2）,（1）,（2）,（4）,（4）,（5
22、）,（4）,（5）,（3）,STP端口状态示例,SWB,SWA,SWD,SWC,Forwarding,Forwarding,Forwarding,Forwarding,Forwarding,Forwarding,Forwarding,Blocking,Blocking,根桥,Forwarding,STP介绍 STP基本概念 STP计算过程 STP端口状态 STP拓扑改变处理过程 STP协议的不足,目录,E1/0/1,拓扑发生变化,HostA,HostB,ROOT,SWC,SWA,SWB,SWD,SWE,链路中断,E1/0/1,E1/0/2,E1/0/1,E1/0/2,E1/0/2,E1/0/3
23、,E1/0/2,E1/0/1,E1/0/2,E1/0/1,从中断到恢复需要等待MAC地址老化，将近5分钟的时间！,STP阻塞,STP拓扑改变处理过程,拓扑改变消息TCN,拓扑改变应答消息TCA,拓扑改变置位的BPDU,HostA,HostB,ROOT,链路中断,E1/0/1,E1/0/2,E1/0/1,E1/0/2,E1/0/1,E1/0/2,E1/0/3,E1/0/2,E1/0/1,E1/0/2,E1/0/1,拓扑改变时网桥使用较小的MAC地址生存期 从中断到恢复最长需要等待50秒的时间！,1,2,3,4,4,5,5,5,STP阻塞,SWC,SWA,SWB,SWD,SWE,TCN BPDU,
24、Payload,L/T,SMA,DMA,LLC Header,网桥发送TCN BPDU的条件为 有端口转变为Forwarding状态，且该网桥至少包含一个指定端口 有端口从Forwarding状态或Learning状态转变为Blocking状态,Parameters,Byte,Protocol ID,2,Protocol Version ID,BPDU Type,1,1,TCA以及TC置位的配置BPDU,Payload,L/T,SMA,DMA,LLC Header,6,5,4,3,2,1,0,Topology Change,Topology Change Acknowledgment,7,标志
25、位置位 第7位置位表示该消息为TCA 第0位置位表示该消息为TC置位BPDU 1到6位保留,标志位,Root ID,Root Path Cost,Bridge ID,Port ID,Parameters,Byte,Protocol ID,2,Protocol Version ID,BPDU Type,Flags,Message Age,1,1,1,8,4,8,2,2,Max Age,Hello Time,Forward Delay,2,2,2,拓扑改变收敛时延分析,SWA BID=0.MACA,SWB BID=8192.MACB,SWC BID=32768.MACC,D,D,R,R,D,A,根
26、桥故障,BPDU,等待Max Age Timer,链路中断,SWA BID=0.MACA,SWB BID=8192.MACB,SWC BID=32768.MACC,D,D,R,R,D,A,SWC根端口DOWN,BPDU,BPDU,BPDU,拓扑改变收敛时延分析（续）,ROOT,SWC,SWA,SWB,SWD,SWE,E1/0/1,E1/0/1,E1/0/2,E1/0/1,E1/0/3,E1/0/2,E1/0/1,E1/0/2,E1/0/1,E1/0/2,新增链路 或故障恢复链路,新阻塞链路,STP介绍 STP基本概念 STP计算过程 STP端口状态 STP拓扑改变处理过程 STP协议的不足,目
27、录,收敛时间长,Power Up,Blocking,Listening,Learning,Forwarding,Disabled,Forward Delay Timer,Forward Delay Timer,缺省情况下一个端口从Blocking状态过渡到Forwarding状态至少需要30秒钟（两倍的Forward Delay）。对于一个拓扑不稳定网络，会导致网络的长时间中断,拓扑变化收敛机制不灵活,ROOT,SWC,SWA,SWB,SWD,SWE,E1/0/1,E1/0/2,E1/0/1,E1/0/2,E1/0/1,E1/0/2,E1/0/3,E1/0/2,E1/0/1,E1/0/2,E1
28、/0/1,STP阻塞,主机频繁上下线时，网络会产生大量TCN,Page54,LANE,SWA,LANA,LANB,LANC,SWB,SWC,LAND,Root,LANC的指定端口,E0/10,E0/20,E0/10,E0/20,E0/10,E0/20,STP基本配置物理拓扑,Page55,STP基本配置配置命令,LANE,SWA,LANA,LANB,LANC,SWB,SWC,LAND,Root,LANC的指定端口,E0/10,E0/20,E0/10,E0/20,E0/10,E0/20,Quidwaysysname SWA SWAstp enable SWAstp mode stp SWAstp
29、 priority 4096,Quidwaysysname SWB SWBstp enable SWBstp mode stp SWBstp priority 8192,Quidwaysysname SWC SWCstp enable SWCstp mode stp,E0/24,Page56,SWCdisplay stp -CIST Global InfoMode STP- CIST Bridge : 32768.00e0-fc41-43b9 Bridge Times :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20 CIST Root/ERPC : 4096.
30、00e0-fc41-4259 / 20000 CIST RegRoot/IRPC : 32768.00e0-fc41-43b9 / 0 CIST RootPortId :128.10 BPDU-Protection :Disabled TC or TCN received :117 TC count per hello :1 STP Converge Mode :Normal Share region-configuration :Enabled Time since last TC :0 days 0h:0m:0s,STP基本配置验证STP全局状态,Page57,SWCdisplay stp
31、 interface Ethernet 0/20 -CISTPort20(Ethernet0/20)Forwarding- Port Protocol :Enabled Port Role :Root Port Port Priority :128 Port Cost(Dot1T ) :Config=auto / Active=200000000 Designated Bridge/Port : 4096.00e0-fc41-4259 / 128.20 Port Edged :Config=default / Active=disabled Point-to-point :Config=aut
32、o / Active=false Transit Limit :147 packets/hello-time Protection Type :None Port STP Mode :STP Port Protocol Type :Config=auto / Active=dot1s BPDU Encapsulation :Config=stp / Active=stp PortTimes :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s RemHop 20 TC or TCN send :0 TC or TCN received :0 BPDU Sent :0 TCN: 0, Config: 0, RST: 0, MST: 0 BPDU Received :0 TCN: 0, Config: 0, RST: 0, MST: 0,STP基本配置验证STP端口信息,STP消除环路的基本思想 STP协议中的基本概念 STP计算过程 STP中端口的状态 STP拓扑改变处理过程 STP协议的不足,本章总结,