生成树协议的研究与实现 课程设计Word文件下载.docx

1、1.3.3.功能介绍 91.3.4. 802.1d 中STP的端口状态 91.3.5. RSTP的P/A协商快速收敛机制 101.4 MSTP基本原理 12二 企业园区生成树事例 15三总结 20一 .生成树协议 1.1生成树的定义生成树算法的网桥协议STP（Spanning Tree Protocol） 它通过生成生成树保证一个已知的网桥在网络拓扑中沿一个环动态工作。网桥与其他网桥交换BPDU消息来监测环路，然后关闭选择的网桥接口取消环路，统指IEEE8021生成树协议标准和早期的数字设备合作生成树协议，该协议是基于后者产生的。IEEE版本的生成树协议支持网桥区域，它允许网桥在一个扩展本地网

2、中建设自由环形拓扑结构。IEEE版本的生成树协议通常为在数字版本之上的首选版本。生成树协议的主要功能有两个：一是在利用生成树算法、在以太网络中，创建一个以某台交换机的某个端口为根的生成树，避免环路。二是在以太网络拓扑发生变化时，通过生成树协议达到收敛保护的目的。 1.2.1 几个关键的概念：（1）网桥标识（bridge ID）：非扩展的：网桥优先级（2bytes）+ MAC地址 扩展的：网桥优先级（4bits） + 系统标识（VLAN ID;12bits） + MAC地址 （2）网桥协议数据单元（BPDU）：配置（CFG）BPDU: 初始时每个网桥都会发送，假设自己就是根网桥 收敛后，只从根网

3、桥发出，其他网桥在根端口接收后向下中继。拓扑改变提示（TCN）BGDU：当拓扑发生变化是，其他网桥可以从根端口发 出该BPDU，到达根网桥。根网桥在配置BPDU中设定TCN位，提示其他网桥快速清理MAC地址表。（3）时间值：HELLO间隔：2秒，CFG BPDU发送间隔 MAX AGE: 20秒，CFG BPDU的保留时间 FWD_DELAY: 15秒，监听（listening）和学习（learning）的时间 （4）路径代价：与链路速率相关，用于计算网桥间的距离 （5）端口状态：关闭（disable）：端口处于管理关闭状态 阻塞（blocking）: 不能转发用户数据 监听（listenin

4、g）: 接口开始启动 学习（learning） : 学习MAC地址, 构建MAC表进程项 转发（forwarding）: 可以转发用户数据 （6）选择标准：最低的网桥标识号 最低的路径代价到根网桥 最低的发送者的网桥标识号 最低的端口标识号 （1）选择一个根网桥：每一个网络选择一个 （2）选择一个根端口：每一个非根网桥选择一个 （3）选择一个指派端口：每一个网段选择一个 （4）非指派端口被放置在阻塞状态1.3 Rstp RSTP：快速生成树协议（rapid spaning tree protocol）：802.1w由802.1d发展而成，这种协议在网络结构发生变化时，能更快的收敛网络。它比80

5、2.1d多了两种端口类型：预备端口类型（alternate port）和备份端口类型。 STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写。该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。 在上图所示拓扑中，各端口角色如图中标注 连接主机的端口通常配置为边缘端口1.3.1 基本原理 STP协议由IEEE802.1D定义，RSTP由IEEE802.1W定义。STP的基本原理是，通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文（在IEEE 802.1D中这种协议报文被称为“配置消息”）来确定网络的拓

6、扑结构。配置消息中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。生成树协议STP/RSTP 1.3.2.技术原理STP的基本思想就是生成“一棵树”，树的根是一个称为根桥的交换机，根据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但任意时刻只能有一个根桥。由根桥开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置报文，非根桥接收配置报文并转发，如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文，则说明从该交换机到根有不止一条路径，便构成了循环回路，此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞，消除循环。当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候，交换机认为端口的配置超时，网络拓扑可能已经改变，此时重新计算网络拓扑，

7、重新生成一棵树。1.3.3.功能介绍生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的网络环回，解决成环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。STP也提供了为网络提供备份连接的可能，可与SDH保护配合构成以太环网的双重保护。新型以太单板支持符合ITU-T 802.1d标准的生成树协议STP及802.1w规定的快速生成树协议RSTP，收敛速度可达到1s。1.3.4. 802.1d 中STP的端口状态交换机的端口在STP环境中共有5种状态：阻塞blocking、倾听listening、学习learning、转发forwarding、关闭（d

8、isable）。Blocking：处于这个状态的端口不能够参与转发数据报文，但是可以接收配置消息，并交给CPU进行处理。 不过不能发送配置消息，也不进行地址学习。Listening：处于这个状态的端口也不参与数据转发，不进行地址学习；但是可以接收并发送配置消息。Learning：处于这个状态的端口同样不能转发数据，但是开始地址学习，并可以接收、处理和发送配置消息。Forwarding：一旦端口进入该状态，就可以转发任何数据了，同时也进行地址学习和配置消息的接收、处理和发送。交换机上一个原来被阻塞掉的端口由于在最大老化时间内没有收到BPDU，从阻塞状态转变为倾听状态，倾听状态经过一个转发延迟（1

9、5秒）到达学习状态，经过一个转发延迟时间的MAC地址学习过程后进入转发状态。 如果到达倾听状态后发现本端口在新的生成数中不应该由此端口转发数据则直接回到阻塞状态。 当拓扑发生变化，新的配置消息要经过一定的时延才能传播到整个网络，这个时延称为转发延迟（Forward Delay），协议默认值是15秒。在所有网桥收到这个变化的消息之前，若旧拓扑结构中处于转发的端口还没有发现自己应该在新的拓扑中停止转发，则可能存在临时环路。为了解决临时环路的问题，生成树使用了一种定时器策略，即在端口从阻塞状态到转发状态中间加上一个只学习MAC地址但不参与转发的中间状态，两次状态切换的时间长度都是Forward De

10、lay，这样就可以保证在拓扑变化的时候不会产生临时环路。 1.3.5. RSTP的P/A协商快速收敛机制P/A机制即Proposal/Agreement机制。其目的是使一个指定端口尽快进入Forwarding状态。其过程的完成根据以下几个端口变量：A）Proposing。当一个指定端口处于Discarding或Learning状态的时候，该变量置位。并向下游交换传递Proposal位被置位的BPDU。B）Proposed。当端口收到对端的指定端口发来的携带Proposal的BPDU的时候。该变量置位。该指示本网段上的指定端口希望忙进入Forwarding状态。C）sync。当Proposed被

11、设置以后，收到Proposal置位信息的根端口会依次为自己的其他端口置位sync变量。如果端口是非边缘的指定端口是则会进入Discarding状态。D）synced。当端口完成转到Discarding后，会设置自己的synced变量。Alternate、Backup和边缘端口会马上设置该变量。根端口监视其他端口的synced，当所有其他端口的synced全被设置，根端口会设置自己的synced，然后传回BPDU，其中Agreement位被置位。E）agreed。当指定端口接收到一个BPDU时，如果该BPDU中的Agreement位被置位且端口角色定段是“根端口”，该变量被设置。Agreed变量

12、一旦被置位，指定端口马上转入Forwarding状态。端口状态 在RSTP中只有三种端口状态。802.1D中的禁止端口，阻塞端口，监听端口在802.1W中统一合并为禁止端口。STP Port StateRSTP 端口是否 为活跃状态学习MAC地址禁止No阻塞监听Yes学习转发RSTP相对于STP由以下优点：A、STP没有明确区分端口状态与端口角色，收敛时主要依赖于端口状态的切换。RSTP比较明确的区分了端口状态与端口角色，且其收敛时更多的是依赖于端口角色的切换。B、STP端口状态的切换必须被动的等待时间的超时。而RSTP端口状态的切换却是一种主动的协商。C、STP中的非根网桥只能被动的中继BP

13、DU。而RSTP中的非根网桥对BPDU的中继具有一定的主动性。1.4 MSTP基本原理MSTP协议在计算生成树时使用的算法和原理与STP/RSTP大同小异，只是因为在MSTP中引入了域和内部路径开销等参数，故MSTP中的优先级向量是7维，而STP/RSTP是5维。STP/RSTP中的优先级向量是根桥标识符,根路径开销,桥标识符, 发送BPDU报文端口标识符, 接收BPDU报文端口标识符,MSTP中的优先级向量是CIST根桥标识符,CIST外部根路径开销，CIST域根标识符,CIST内部根路径开销，CIST指定桥标识符，CIST指定端口标识符，CIST接收端口标识符，其中STP/RSTP中的桥标

14、识符实际上是发送BPDU的设备的标识符，与MSTP中的CIST指定桥标识符对应。MSTP中的CIST域根标识符有两种情况，一种是总根所在域内，BPDU报文中该字段是参考总根的标识符，另一种情况是不包含总根的域中，BPDU报文该字段是参考主设备的标识符。运行MSTP的实体初始化时认为自己是总根、域根，通过交互配置消息，按照上面介绍的7维向量计算CIST生成树和MSTI，下面简要介绍CIST生成树和MSTI的计算，介绍H3C设备MSTP算法实现过程多生成树协议的区域 MSTP基本原则每个实例上分别计算各自的生成树，互不干扰每个实例的生成树的算法与RSTP基本相同每个实例的生成树可以有不同的根，不同

15、的拓扑每个实例各自发自己的BPDU每个实例的拓扑可以人为通过配置来确定每个端口在不同实例上的生成树参数可以不同每个端口在不同实例上的角色、状态可能不同 步骤1：启用生成树 Switch（config）#spanning-tree 步骤2：选择生成树模式为MSTP Switch（config）#spanning-tree mode mstp 在锐捷交换机中，默认情况下，当启用生成树后，生成树的运行模式为MSTP。进入全局配置模式 Switch#configure terminal进入MSTP配置模式 Switch（config）#spanning-tree mst configuration 步

16、骤3：在交换机上配置VLAN与生成树示例的映射关系 Switch（config-mst）#instance instance-id vlan vlan-range 看生成树的全局配置及状态信息 Switch#show spanning-tree 查看MSTP的配置结果 Switch#show spanning-tree mst configuration 查看特定实例的信息 Switch#show spanning-tree mst instance 查看特定端口在相应实例中的状态信息 Switch#show spanning-tree mst instance interface 配置MST

17、P实现负载分担二 企业园区生成树事例【实验设备】 接入层交换机S2126G （2台）、分布层交换机S3550-24（2台）【实验步骤】 第一步：配置接入层交换机S2126-AS2126-A （config）#spanning-tree ！开启生成树 S2126-A （config）#spanning-tree mode mstp ！配置生成树模式为MSTP S2126-A（config）#vlan 10 !创建Vlan 10S2126-A（config）#vlan 20 !创建Vlan 20S2126-A（config）#vlan 40 !创建Vlan 40S2126-A（config）#in

18、terface fastethernet 0/1S2126-A（config-if）#switchport access vlan 10 !分配端口F0/1给Vlan 10S2126-A（config）#interface fastethernet 0/2S2126-A（config-if）#switchport access vlan 20 !分配端口F0/2给Vlan 20S2126-A（config）#interface fastethernet 0/23S2126-A（config-if）#switchport mode trunk !定义F0/23为trunk端口S2126-A（co

19、nfig）#interface fastethernet 0/24定义F0/24为trunk端口S2126-A（config）#spanning-tree mst configuration ! 进入MSTP配置模式S2126-A（config-mst）#instance 1 vlan 1,10 ！配置instance 1（实例1）并关联Vlan 1和10S2126-A（config-mst）#instance 2 vlan 20,40 ！配置实例2并关联Vlan 20和40S2126-A（config-mst）#name region1 ！配置域名称S2126-A（config-mst）#r

20、evision 1 ！配置版本（修订号）验证测试：验证MSTP配置S2126-A#show spanning-tree mst configuration ！ 显示MSTP全局配置Multi spanning tree protocol : EnabledName : region1Revision : 1Instance Vlans Mapped- -0 2-9,11-19,21- 39,41- 40941 1,102 20,40第二步：配置接入层交换机S2126-BS2126-B （config）#spanning-tree ！S2126-B （config）#spanning-tree

21、mode mstp ！采用MSTP生成树模式S2126-B（config）#vlan 10 !S2126-B（config）#vlan 20 !S2126-B（config）#vlan 40 !S2126-B（config）#interface fastethernet 0/1S2126-B（config-if）#switchport access vlan 10 !S2126-B（config）#interface fastethernet 0/2S2126-B（config-if）#switchport access vlan 40 !分配端口F0/2给Vlan 40S2126-B（con

22、fig）#interface fastethernet 0/23S2126-B（config-if）#switchport mode trunk !S2126-B（config）#interface fastethernet 0/24S2126-B（config）#spanning-tree mst configuration !S2126-B（config-mst）#instance 1 vlan 1,10 ！S2126-B（config-mst）#instance 2 vlan 20,40 ！S2126-B（config-mst）#name region1 ！S2126-B（config-

23、mst）#revision 1 ！S2126-B#show spanning-tree mst configuration0 2-9,11-19,21-39,41-4094第三步：配置分布层交换机S3550-AS3550-A（config）#spanning-tree ！S3550-A （config）#spanning-tree mode mstp ！S3550-A（config）#vlan 10S3550-A（config）#vlan 20S3550-A（config）#vlan 40S3550-A（config）#interface fastethernet 0/1S3550-A（con

24、fig-if）#switchport mode trunk !定义F0/1为trunk端口S3550-A（config）#interface fastethernet 0/23S3550-A（config）#interface fastethernet 0/24S3550-A （config）#spanning-tree mst 1 priority 4096 ！配置交换机S3550-A在instance 1中的优先级为4096 ，缺省是32768，值越小越优先成为该instance中的root switchS3550-A （config）#spanning-tree mst configur

25、ation !S3550-A （config-mst）#instance 1 vlan 1,10 ! 配置实例1并关联Vlan 1和10S3550-A （config-mst）#instance 2 vlan 20,40 ! 配置实例2并关联Vlan 20和40S3550-A （config-mst）#name region1 ! 配置域名为region1S3550-A （config-mst）#revision 1 ! 配置版本（修订号）S3550-A#show spanning-tree mst configuration第四步：配置分布层交换机S3550-BS3550-B（config）#spanning-tree ！S3550-B （config）#spanning-tree mode mstp ！S3550-B（config）#vlan 10S3550-B（config）#vlan 20S3550-B（config）#vlan 40S3550-B（config）#interface fastethernet 0/1S3550-B（config-if）#switchport mode trunk ! 定义F0/1为trunk端口S3550-B（config）#interface fastet