PVST+互通技术白皮书

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衣贻洪
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1 文档版本 01 发布日期华为技术有限公司

2 版权所有华为技术有限公司 2013 保留一切权利非经本公司书面许可, 任何单位和个人不得擅自摘抄复制本文档内容的部分或全部, 并不得以任何形式传播商标声明和其他华为商标均为华为技术有限公司的商标本文档提及的其他所有商标或注册商标, 由各自的所有人拥有注意您购买的产品服务或特性等应受华为公司商业合同和条款的约束, 本文档中描述的全部或部分产品服务或特性可能不在您的购买或使用范围之内除非合同另有约定, 华为公司对本文档内容不做任何明示或暗示的声明或保证由于产品版本升级或其他原因, 本文档内容会不定期进行更新除非另有约定, 本文档仅作为使用指导, 本文档中的所有陈述信息和建议不构成任何明示或暗示的担保华为技术有限公司地址 : 深圳市龙岗区坂田华为总部办公楼邮编 : 网址 : i

3 前言前言概述本文档针对有 PVST+ 特性应用的场景, 介绍了如何与华为交换机对接, 并提供了相应的配置步骤读者对象本文档主要适用于以下工程师 : 网络规划工程师调测工程师数据配置工程师现场维护工程师网络监控工程师系统维护工程师符号约定在本文中可能出现下列标志, 它们所代表的含义如下符号说明表示有高度或中度潜在危险, 如果不能避免, 可能会导致人员死亡或严重伤害表示有低度潜在危险, 如果不能避免, 可能导致人员轻微或中等伤害表示有潜在风险, 如果不能避免, 可能会导致设备损坏数据丢失设备性能降低或不可预知的结果能帮助您解决某个问题或节省您的时间正文的附加信息, 是对正文的强调和补充 ii

4 前言修改记录修改记录累积了每次文档更新的说明最新版本的文档包含以前所有文档版本的更新内容第一次正式发布 iii

5 目录目录前言... ii 1 原理描述 PVST 工作原理工作模式 MSTP 工作原理工作模式互通性分析共同组网思路实现差异对比 MSTP 与 PVST+ 协议差异比较互通场景根桥在 MSTP 侧的 Huawei 设备上根桥在 PVST+ 侧对接注意事项支持的产品形态和版本华为版本思科版本组网案例案例一 : 华为交换机 ( 根桥 ) 与 PVST+ 互通网络拓扑网络配置注意要点案例二 : 华为设备与 PVST+( 根桥 ) 互通网络拓扑网络配置案例三 : 华为设备转发 PVST 报文与 PVST+ 互通网络拓扑网络配置 iv

6 目录注意要点参考文献 v

7 1 原理描述 1 原理描述 1.1 PVST+ 交换机所支持的生成树协议类型有 :PVST(Per VLAN Spanning Tree) PVST+(Per VLAN Spanning Tree Plus) Rapid-PVST+(Rapid Per VLAN Spanning Tree Plus) MISTP (Multi Instance Spanning Tree Protocol) 和 MST(Multiple Spanning Tree) 在使用 IOS 12.2 及之后版本的 Catalyst 系列交换机中, 支持 PVST+ Rapid-PVST+ 和 MST 三种类型 STP 协议这几种生成树协议的某些 BPDU 报文采用其私有的报文格式, 与 IEEE 标准的 BPDU 报文格式不同当交换机运行 PVST+ 或者 Rapid-PVST+ 协议时,Trunk 端口在非 VLAN1 中发送私有的 BPDU 报文, 这类私有的 BPDU 报文的源 MAC 地址为端口的 MAC 地址, 目的 MAC 地址为自己的保留地址 C-CC-CC-CD PVST 协议可以简单地理解为在每一个 VLAN 上运行一个普通的 STP 协议, 不同 VLAN 之间的 STP 状态和计算完全独立, 虽然没有类似 MSTP 协议中的实例的概念, 但也可以完成对不同 VLAN 的数据进行负载分担 PVST 协议报文会在数据帧内会带有 VLAN 信息以外 PVST 协议的 BPDU 报文目的 MAC 地址是 C-CC-CC-CD, 因此该协议无法与采用 IEEE 标准生成树协议的设备进行互通在 PVST 协议的基础上衍生出了 PVST+ 协议 PVST+ 协议与 PVST 协议一样采用 STP 的机制, 同样无法做到快速迁移, 但可以根据实际的网络情况配置 PortFast UplinkFast 以及 BackboneFast 特性, 来变相完成快速迁移 PVST+ 协议相对于 PVST 协议最大的改进是 : 提供了与标准 STP 协议互通的能力对于一个 Access 端口,PVST+ 协议将根据此端口所在 VLAN 发送标准 STP 格式的 BPDU 报文 ; 对于一个 Trunk 端口,PVST+ 协议仅会在 VLAN1 中, 发送标准格式的 BPDU 报文 ( 目的 MAC 地址为 C ), 而在其他允许通过的 VLAN 中, 仍然发送其私有格式的 BPDU 报文 ( 目的 MAC 地址为 C-CC-CC-CD) 华为交换机会将发出的私有格式的 BPDU 报文当作普通的多播报文进行转发, 而不会处理这些报文在 PVST+ 协议的基础上衍生出了 Rapid-PVST+ 协议,Rapid-PVST+ 协议相对于 PVST+ 协议, 采用了 RSTP 的机制, 支持快速迁移特性的 MST 协议具有 VLAN 与实例的映射关系, 也有域的概念, 可以理解为标准的 MSTP 协议, 同时,MST 协议的 BPDU 报文格式与 IEEE 标准的规定完全一致但由于华为和两个厂家采用不同的密钥来生成 MSTP 的摘要信息, 因此两个厂商的交换机发送的 BPDU 报文中的摘要信息不同默认情况下, 由于摘要信息不同,MSTP 协议与 MST 协议只能进行域间互通要完成 MSTP 域内互通, 则必须要在连接交换机的华为交换机的端口上使能摘要侦听功能 1

8 1 原理描述工作原理工作模式 PVST+ 的状态机是以 802.1D-2004(RSTP) 为标准, 详细信息可参考 802.1D-2004 由于 802.1D 支持向后兼容, 所以 PVST+ 支持向后兼容, 存在两种工作模式 :STP 模式和 RSTP 模式另外, 可通过配置命令将对应 VLAN 直接配置成 STP 模式 1.2 MSTP 工作原理工作模式多生成树协议 MSTP 是 IEEE 802.1s 中定义的一种新型生成树协议, 相对于 STP 和 RSTP, 优势非常明显 MSTP 的特点如下 : MSTP 引入域的概念, 把一个交换网络划分成多个域每个域内形成多棵生成树, 生成树之间彼此独立 ; 在域间,MSTP 利用 CIST 保证全网络拓扑结构的无环路存在 MSTP 引入实例 (Instance) 的概念, 将多个 VLAN 映射到一个实例中, 以节省通信开销和资源占用率 MSTP 各个实例拓扑的计算是独立的 ( 每个实例对应一棵单独的生成树 ), 在这些实例上就可以实现 VLAN 数据的负载分担 MSTP 可以实现类似 RSTP 的端口状态快速迁移机制 MSTP 兼容 STP 和 RSTP MSTP 的状态机以 802.1s-2002(MSTP) 为标准, 详细信息可参考 IEEE 802.1s-2002 MSTP 和 RSTP 能够互相识别对方的协议报文, 而 STP 无法识别 MSTP 的报文,MSTP 为了实现和 STP 设备的混合组网, 同时完全兼容 RSTP, 设定了三种工作模式 :STP 兼容模式 RSTP 模式 MSTP 模式在 STP 兼容模式下, 设备的各个端口将向外发送 STP BPDU 报文 ; 在 RSTP 模式下, 设备的各个端口将向外发送 RSTP BPDU 报文, 当发现与运行 STP 的设备相连时, 该端口会自动迁移到 STP 兼容模式下工作 ; 在 MSTP 模式下, 设备的各个端口将向外发送 MSTP BPDU 报文, 当发现与运行 STP 的设备相连时, 该端口会自动迁移到 STP 兼容模式下工作工作在 RSTP/MSTP 模式的设备可以自动迁移到 STP 兼容模式下工作, 但是工作在 STP 兼容模式下的设备不能自动迁移到 RSTP/MSTP 模式, 此时需要用户执行 mcheck 操作来使工作模式发生迁移假设在一个交换网络中, 运行 MSTP 或 RSTP 的设备的端口连接着运行 STP 的设备, 该端口会自动迁移到 STP 兼容模式下工作 ; 但是此时如果运行 STP 协议的设备被拆离, 该端口不能自动迁移到 MSTP 或 RSTP 模式下运行, 仍然会工作在 STP 兼容模式下此时可以通过执行 mcheck 操作使其迁移到 MSTP 或 RSTP 模式下运行在 STP 兼容模式和 RSTP 模式下可以配置多实例,MSTI 各端口状态和 CIST 保持一致为了减小 CPU 的负担, 建议在 STP 和 RSTP 模式下不要配置多实例 2

9 2 互通性分析 2 互通性分析 2.1 共同组网思路 PVST+ 是私有协议, 华为交换机不支持由于 PVST+ 使用的是其保留的组播 MAC 地址, 所以在和 PVST+ 对接的时候, 有以下几种方式 : 如果 PVST+ 使用的是 Trunk 类型端口,VLAN1 会发送两份报文, 一份不带 TAG 的私有报文, 一份是标准的 RSTP 报文而华为交换机可识别 RSTP 报文, 所以华为交换机使能 RSTP 或者 MSTP 之后, 即可和 PVST+ 对接如果 PVST+ 使用的是 Access 类型端口, 其发送的都是标准 BPDU 报文, 华为交换机使用 RSTP 或者 MSTP 便可实现互通华为交换机可以直接将其当做业务报文进行转发, 从而实现接入 PVST+ 网络并将阻塞口设置在一侧 ( 不推荐使用 ) 2.2 实现差异对比 MSTP 与 PVST+ 协议差异比较 MSTP 和与 PVST+ 协议差异比较表 2-1 所示表 2-1 MSTP 和 PVST+ 协议差异协议 PVST+ MSTP 互通性私有协议标准协议状态机兼容 IEEE 802.1D-2004 兼容 IEEE 802.1s-2002 IEEE 802.1D-2004 快速切换秒级秒级路径开销标准 802.1D-1998 及 802.1T 802.1D T 及 Legacy BPDU 保护 bpdu guard bpdu-protection LOOP 保护 loop guard loop-protection 3

10 2 互通性分析协议 PVST+ MSTP 边缘端口 portfast edged-port 2.3 互通场景由于华为交换机不支持 PVST+, 只能通过 MSTP 或者 RSTP 和 PVST+ 互通而当使用 MSTP 的时候, 由于端口收到 RSTP 报文, 端口的 STP 模式会自动切换到 RSTP 模式故在实际对接中, 无论是使用 MSTP 还是 RSTP, 端口 STP 模式都是 RSTP 模式根桥在 MSTP 侧的 Huawei 设备上调整合适的优先级, 确保 PVST+ 的 VLAN1 的根桥在 MSTI 侧, 此时阻塞点在 PVST+ 侧如图 2-1 所示, 由于 PVST+ 在 Trunk 端口上只在 VLAN1 上才会发送标准的 RSTP 报文, 所以 MSTP 的 VLAN1 对应的实例生成树 (CST) 和 PVST+ 的 VLAN1 能完全实现互通 ( 蓝色虚线 ) 同时华为设备将非 VLAN1 的报文直接从其它端口广播出去, 从而 PVST+ 设备能够收到 PVST+ 报文并且实现阻塞 ( 黑色虚线 ), 正因为不同的 VLAN 的阻塞口可以在不同的端口上面, 所以此时互通的时候还能实现 VLAN 的负载分担图 2-1 根桥在 MSTP 侧的 Huawei 设备上组网图 MSTI HUAWEI 根端口指定端口阻塞端口 VLAN 1 VLAN n 4

11 2 互通性分析根桥在 PVST+ 侧调整 PVST+ 所有的 VLAN 生成树的优先级, 确保根桥在 PVST+ 一侧, 此时阻塞点在 MSTI 侧, 由于 MSTI 对所有的 VLAN 的转发状态均相同, 所以也会阻塞非 VLAN1 的业务数据报文另外非 VLAN1 的 PVST+ 报文也会被阻塞, 故在 PVST+ 侧不会因为收到广播的 PVST+ 报文而阻塞导致非 VLAN1 业务数据不通组网示意图如下, 阻塞点在 MSTI 互通端口上图 2-2 根桥在 PVST+ 侧组网图 MSTI HUAWEI 根端口指定端口阻塞端口 VLAN 1 VLAN n 2.4 对接注意事项由于不管是 MSTP 模式还是 RSTP 模式对接, 对接端口都是工作在 RSTP 模式下, 所以当华为侧的对接端口被阻塞之后, 所有实例里面的 VLAN 都将被阻塞, 无法实现负载分担, 所以推荐使用根桥在 MSTI 侧的互通方案 5

12 2 互通性分析 2.5 支持的产品形态和版本华为版本思科版本版本无特殊要求, 华为交换机所有版本均适用思科 Catalyst 系列交换机,IOS 12.2 及之后版本可支持 PVST+ Rapid-PVST+ 和 MST( 同华为交换机的 MSTP) 三种类型 STP 协议对接思科 IOS12.2 以前的版本 ( 不包括 12.2), 如工作模式为 RPVST/PVST, 无法对接, 华为设备只能透传转发 BPDU 报文 6

13 3 组网案例 3 组网案例 3.1 案例一 : 华为交换机 ( 根桥 ) 与 PVST+ 互通网络拓扑图 3-1 华为交换机 ( 根桥 ) 与 PVST+ 互通组网图 HUAWEI HUAWEI 根端口指定端口阻塞端口 VLAN 30 VLAN 网络配置配置需求如果华为设备不支持 PVST+, 此时华为设备以 MSTP 或者 RSTP 接入, 且需要实现负载分担, 则必须将华为设备设置成根桥如果是 MSTP 接入, 互通端口会自动切换到 RSTP 模式, 所以 MSTP RSTP 分别和 PVST+ 的对接的效果是一样的如图 3-1 所示, 华为 S5700SI 使用 MSTP 接入, 互通端口和自动切换到 RSTP 模式 7

14 3 组网案例此时 VLAN 1 的阻塞点在设备的端口上,VLAN 30 的阻塞点在的端口上配置要点设备 : 整网采用相同的路径开销算法, 且将 VLAN 1 的桥优先级必须比华为的 CST 优先级低, 其它 VLAN 根据需求进行优先级配置华为设备 : 华为交换机整网采用相同的路径开销算法, 且必须保证 CST 的优先级比的 VLAN 1 桥的优先级高配置文件摘要注意要点设备 : spanning-tree mode rapid-pvst spanning-tree logging spanning-tree extend system-id spanning-tree vlan 1 priority 4096 spanning-tree pathcost method long! interface GigabitEthernet1/0/1 switchport trunk encapsulation dot1q switchport trunk allowed vlan 1,30 switchport mode trunk spanning-tree vlan 30 port-priority 48 end! interface GigabitEthernet1/0/2 switchport trunk encapsulation dot1q switchport trunk allowed vlan 1,30 switchport mode trunk end 华为设备 : stp root primary # interface GigabitEthernet1/0/1 # undo shutdown port link-type trunk port trunk allow-pass vlan 30 interface GigabitEthernet1/0/2 # undo shutdown port link-type trunk port trunk allow-pass vlan 30 保证所有的 VLAN 生成树的都以华为交换机为根桥华为设备必须将 STP 的模式设置成 MSTP 或者 RSTP 模式, 不能设置成 STP 模式由于的 NATIVE VLAN 没有带 TAG, 所以必须保证华为的 PVID 和的 NATIVE VLAN 一致 8

15 3 组网案例 3.2 案例二 : 华为设备与 PVST+( 根桥 ) 互通网络拓扑此种对接除了 VLAN 1 之外, 其它 VLAN 生成树无法实现快速收敛, 且无法实现负载分担, 故不推荐使用图 3-2 华为设备与 PVST+( 根桥 ) 互通组网图 HUAWEI HUAWEI 根端口指定端口阻塞端口 VLAN 30 VLAN 网络配置配置需求如果华为设备不支持 PVST+, 此时华为设备以 MSTP 或者 RSTP 接入, 且不需要实现负载分担, 则可将 PVST+ 的设备设置成根桥如图图 3-2 所示, 华为 5700SI 使用 MSTP 接入, 互通端口和自动切换到 RSTP 模式此时 VLAN 1 阻塞点在华为设备的端口上, 且同时阻塞了 VLAN 30 的业务数据报文导致 VLAN 30 的 PVST+ 报文无法被广播转发, 最终导致 PVST+ 的 VLAN30 的两个互通端口均是指定端口端口因为收不到 VLAN 30 的报文导致 VLAN 30 无法实现快速收敛配置要点设备 : 设备配置为 PVST+ 的根桥, 整网采用相同的路径开销算法, 必须保证 VLAN 1 的桥优先级比华为设备的 CST 的桥优先级高华为设备 : 华为交换机整网采用相同的路径开销算法, 且必须保证 CST 的优先级必须比 PVST+ 的 VLAN 1 的优先级低 9

16 3 组网案例配置文件摘要设备 : spanning-tree mode rapid-pvst spanning-tree logging spanning-tree extend system-id spanning-tree vlan 1 priority 0 spanning-tree pathcost method long! interface GigabitEthernet1/0/1 switchport trunk encapsulation dot1q switchport trunk allowed vlan 1,30 switchport mode trunk end! interface GigabitEthernet1/0/2 switchport trunk encapsulation dot1q switchport trunk allowed vlan 1,30 switchport mode trunk end 华为设备 : # interface GigabitEthernet1/0/1 undo shutdown port link-type trunk port trunk allow-pass vlan 30 # interface GigabitEthernet1/0/2 undo shutdown port link-type trunk port trunk allow-pass vlan 30 # 注意要点除了 VLAN 1 之外, 其它 VLAN 生成树无法实现快速收敛, 且无法实现负载分担, 故不推荐使用 3.3 案例三 : 华为设备转发 PVST 报文与 PVST+ 互通由于思科交换机对于华为转发 VLAN 1 的报文没有处理, 故转发 PVST 报文的方式只适用于非 VLAN 1 的生成树 10

17 3 组网案例网络拓扑图 3-3 华为设备转发 PVST 报文与 PVST+ 互通组网图 HUAWEI HUAWEI 根端口指定端口阻塞端口 VLAN 30 VLAN 网络配置配置需求如果华为设备不支持 PVST+, 此时华为设备可以直接将 PVST 报文当做业务报文进行转发, 实现接入现网中如图图 3-3 所示, 华为 5700SI 的端口和转发 PVST 报文配置要点设备 : 配置为 PVST+ 的根桥, 整网采用相同的路径开销算法华为设备 : 华为交换机连接的端口需加入 PVST 对应的 VLAN, 且端口均不能参与 STP 计算配置文件摘要设备 : spanning-tree mode pvst spanning-tree logging spanning-tree extend system-id spanning-tree pathcost method long! interface GigabitEthernet1/0/1 switchport trunk encapsulation dot1q switchport trunk allowed vlan 10,30 switchport mode trunk end 11

18 3 组网案例注意要点! interface GigabitEthernet1/0/2 switchport trunk encapsulation dot1q switchport trunk allowed vlan 10,30 switchport mode trunk end 华为设备 : # interface GigabitEthernet1/0/1 # undo shutdown port link-type trunk port trunk allow-pass vlan stp disable interface GigabitEthernet1/0/2 # undo shutdown port link-type trunk port trunk allow-pass vlan stp disable 华为交换机用于透传发出的 PVST+ 报文的端口不能使能 STP, 否则 PVST 报文不能被转发, 同时本端还会发送 BPDU, 会干扰设备完成 PVST+ 计算由于设备的 NATIVE VLAN 没有带 TAG, 所以必须保证华为设备的 PVID 和设备的 NATIVE VLAN 一致 12

19 4 参考文献 4 参考文献 IEEE 802.1D(1998): IEEE 802.1W(2001): IEEE 802.1S(2002): IEEE 802.1D(2004): IEEE 802.1Q(2005): IEEE 802.1Q(2011): 13

实施生成树

实施生成树学习沉淀成长分享 Spanning-tree 红茶三杯 ( 朱 SIR) 微博 :http://t.sina.com/vinsoney Latest update: 2012-06-01 STP 的概念冗余拓扑 Server/host X Router Y Segment 1 Switch A Switch B Segment 2 冗余拓扑能够解决单点故障问题 ; 冗余拓扑造成广播风暴, 多帧复用,