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歹球俞
4 years ago
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1 学习沉淀成长分享 STP 生成树协议红茶三杯 Latest update:

2 技术背景网络存在单点 / 单线路故障二层链路没有冗余

3 二层环路网络的冗余性增强了, 但是却出现了二层环路 Loop

4 环路带来的问题 : 广播风暴 Broadcast storm Broadcast Frame

5 环路带来的问题 :MAC 表紊乱交换机的 MAC 表出现 MAC 漂移现象,MAC 地址表紊乱 Frame

6 STP 生成树协议在网络中部署生成树后, 交换机之间会进行协议报文的交互并进行计算, 最终将网络中的某个接口进行阻塞 (Block), 从而打破环路

7 STP 生成树协议生成树能够感知网络拓扑的变化, 并进行重新计算, 以便保证网络的冗余性 1 网络拓扑发生变化 2 将原先阻塞的端口放开

8 Q&A 二层及三层环路 Layer3 Loop Layer2 Loop R1 R2 R3 通常是由于路由环路导致网络中出现三层环路 ; 动态路由协议有一定的防环能力 ; IP 数据报文头部中的 TTL 值亦可用于防止报文被无止尽地转发通常是由于网络有二层冗余的需求或人为的误接线缆导致 ; 需借助特定的协议或机制防环 ; 二层数据帧头部中并没有任何信息可用于防止数据帧被无止尽地转发

9 STP 的概念 Spanning-Tree Protocol 简称 STP, 生成树协议, 被广泛部署在二层交换网络中, 用于防止网络出现二层环路, 同时增加网络的冗余性交换机之间通过生成树协议数据的交互来完成所需信息的搜集, 在此基础上交换机进行相应的计算, 最终将交换机的某个 ( 或某些 ) 接口阻塞从而打破环路生成树有多个标准, 传统的生成树是 802.1D 标准 Cisco 基于 IEEE802.1D 开发了增强的私有生成树协议 PVST+

10 STP 的计算 1 每个交换网络选举一个根桥 RB 2 每个非根桥上选举一个根端口 RP 3 每个段选举一个指定端口 4 阻塞非指定端口 N SW1 100BASE-T [RB] Root Bridge [RP] Root Port [] Designated port SW2 SW3

11 计算的依据 BPDU Bridge Protocol Data Unit 网桥协议数据单元 BPDU SW1 SW2 SW3

12 BPDU 字节字段描述 2 协议代表上层协议 (BPDU), 该值总为 0 1 版本 (802.1D 的总为 0) 1 TYPE 配置 BPDU 为 0 TCN BPDU 为 80 1 标志 LSB 最低有效位表示 TC 标志 ;MSB 最高有效位表示 TCA 标志 8 根桥 ID 根网桥的桥 ID 4 路径开销到达根桥的 STP cost 8 网桥 ID BPDU 发送桥的 ID 2 端口 ID BPDU 发送网桥的端口 ID( 优先级 + 端口号 ) 2 2 消息寿命 Message age 最大寿命 Max age 从根网桥发出 BPDU 之后的秒数, 每经过一个网桥都减 1, 所以它本质上是到达根桥的跳数当一段时间未收到任何 BPDU, 生存期到达 MAX age 时, 网桥认为该端口连接的链路发生故障默认 20S 2 HELLO 时间根网桥连续发送的 BPDU 之间的时间间隔默认 2S 2 转发延迟在监听和学习状态所停留的时间间隔默认 15S

13 1 每个交换网络选举一个根桥 RB 1 每个交换网络选举一个根桥 RB 2 每个非根桥上选举一个根端口 RP 3 每个段选举一个指定端口 4 阻塞非指定端口 N [RB] Root Bridge [RP] Root Port [] Designated port RB SW1 100BASE-T SW2 SW3

14 Bridge ID Bridge Identifier, 交换机的 STP 标识符 ; 拥有最小 BID 的交换机成为根桥 Bridge ID 桥优先级桥 MAC 地址 2B 6B c.0a00 SW1 BPDU SW c.0b00 SW3 SW c.0c00

15 2 每个非根桥上选举一个根端口 RP 1 每个交换网络选举一个根桥 RB 2 每个非根桥上选举一个根端口 RP 3 每个段选举一个指定端口 4 阻塞非指定端口 N 100BASE-T 比较顺序 ( 均比小 ): RB SW1 SW2 1 根桥 ID 2 到根桥的路径开销 3 网桥 ID 4 端口 ID SW3

16 STP 接口 Cost 与接口带宽的对应关系 Link Speed Cost (New IEEE Specification) Cost (Old IEEE Specification) 10 Gb/s Gb/s Mb/s Mb/s 路径开销是接口 cost 累加, 而接口 cost 是基于接口带宽的

17 STP Path Cost 非根桥某个接口到RB的路径开销等于该接口的Cost加上这个接口收到的BPDU中包含的Path Cost值 RB 100M SW1 19 1G SW2 1 SW3 3 BPDU PathCost=0 4 BPDU 2 到根的开销=19 4 PathCost=19 到根的开销=19+4

18 Port ID Port Identifier, 接口标识符, 共有 2 个字节 Port ID (2 字节 )= 接口优先级 (1 字节 )+ 接口编号 (1 字节 ) 缺省情况下接口优先级为 128, 范围是 0-255

19 2 每个非根桥上选举一个根端口 RP 1 每个交换网络选举一个根桥 RB 2 每个非根桥上选举一个根端口 RP 3 每个段选举一个指定端口 4 阻塞非指定端口 N 100BASE-T RP 比较顺序 ( 均比小 ): RB SW1 SW2 1 根桥 ID 2 到根桥的路径开销 3 网桥 ID RP 4 端口 ID SW3

20 3 每个段选举一个指定端口 1 每个交换网络选举一个根桥 RB 2 每个非根桥上选举一个根端口 RP 3 每个段选举一个指定端口 4 阻塞非指定端口 N 比较顺序 ( 均比小 ): 1 根桥 ID RB SW1 100BASE-T RP SW2 2 到根桥的路径开销 3 网桥 ID RP 4 端口 ID SW3

21 3 每个段选举一个指定端口 1 每个交换网络选举一个根桥 RB 2 每个非根桥上选举一个根端口 RP 3 每个段选举一个指定端口 4 阻塞非指定端口 N RB SW1 100BASE-T RP SW2 RP SW3

22 STP 案例 CASE1 RB SW1 Pri Mac 0C SW2 RP Pri Mac 0C BASE-T RP SW3 Pri Mac 0C

23 STP 案例 CASE2 RB SW1 Pri Mac 0C RP 100 BASE-T SW2 RP SW3 Pri Mac 0C Pri Mac 0C

24 STP 案例 CASE3 RB Pri Mac 0C SW1 Pri Mac 0C RP SW2 Pri Mac 0C RP SW3 RP SW4 Pri Mac 0C

25 STP 案例 CASE4 SW1 RB Pri Mac 0C 比较两个接口收到的 BPDU, 也就是 sw1 发送的 BPDU 中端口 ID RP SW2 Pri Mac 0C

26 STP 的端口状态 Disable Blocking Listening Learning Forwarding 不收发任何报文不接收也不转发帧, 接收但不发送 BPDU, 不学习 MAC 地址不接收也不转发帧, 接收并且发送 BPDU, 不学习 MAC 地址不接收也不转发帧, 接收并且发送 BPDU, 学习 MAC 地址接收并转发帧, 接收并且发送 BPDU, 学习 MAC 地址

27 STP 的端口状态 Disable 1 2 Listening 3 Blocking 2 Learning 2 Forwarding 3 1 端口被选举为或 RP 3 经过 Forward Delay 间隔, 默认 15s 2 端口被选举为 N

28 STP 的端口状态 In the blocking state, ports can only receive BPDUs. It may take up to 20 seconds to change from this state; In listening state, switches determine if there are any other paths to the root bridge. the forward delay and lasts for 15 seconds. In the listening state, user data is not being forwarded and MAC addresses are not being learned; In learning state user data is not forwarded, but MAC addresses are learned from any traffic that is seen. The learning state lasts for 15 seconds and is also called the forward delay; In forwarding state user data is forwarded and MAC addresses continue to be learned. BPDUs are still processed;

29 生成树在工程中的运用 Internet Internet Si Si L3 Link L3 Link Si Si Si Si Loop Loop Loop Loop

30 基础实验 SW1 FE0/15 FE0/15 SW2 SW3

31 学习沉淀成长分享红茶三杯 :weibo.com/vinsoney Thank You

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,