RSTP快速生成树协议的配置课程设计

石河子大学 信息科学与技术学院 <网络技术>课程设计成果报告
2014—2015 学年第一学期
题目名称：
利用快速生成树协议（RSTP） 实现现交换机之间的冗余链路备份
专 班 学
业： 级： 号：
计算机科学与技术 计科 2012（一）班 2012508013 蒋 曹 能 传 凯 东
学生姓名： 指导教师：
完成日期：二○一五
年
一 月 七
日

目
录
一 课题介绍 ......................................................................................................................................................... - 3 1.1 课题名称 ............................................................................................................................................... - 3 1.2 课题简介 ............................................................................................................................................... - 3 1.3 课题拓展 ............................................................................................................................................... - 3 二 RSTP 简介....................................................................................................................................................... - 3 三 实验环境介绍 ................................................................................................................................................. - 5 3.1 实验软硬件环境 ................................................................................................................................... - 5 3.2 实验参数 ............................................................................................................................................... - 5 3.3 实验拓扑图 ........................................................................................................................................... - 8 四 实验内容 ......................................................................................................................................................... - 8 五 实验详细步骤 ................................................................................................................................................. - 9 5.1 绘制实验拓扑 ....................................................................................................................................... - 9 5.2 交换机及 PC 的基本配置 .................................................................................................................... - 9 5.3 Spanning-tree 的配置 .......................................................................................................................... - 13 5.3 链路测试 ............................................................................................................................................. - 14 六 课题总结 ....................................................................................................................................................... - 17 附录 A 参考文献................................................................................................................................................ - 18 -

一 课题介绍
1.1 课题名称
配置利用快速生成树协议（RSTP）实现交换机之间的冗余链路备份
1.2 课题简介
要求在 CISCO Packet Tracer 模拟配置软件中仅使用命令窗口，不能使用对话框配置，本 任务要求使用三台交换机（两种型号）两两之间构建冗余的两条链路，并通过修改设备优先 级、 最短路径开销、 端口优先级等人为调整 RSTP 快速生成树协议过程， 记录使用 show、 ping -t 命令查看某条路径断开后的情况。
1.3 课题拓展
在实现基本的三台交换机实现同一 VLAN 中主机通信的链路备份后，尝试三台以上，两 个以上 VLAN 主机间通信链路的备份，设置端口优先级来指定默认链路，但是由于最短路径 开销无法再 Cisco Packet Tracer 上模拟，故此项功能在实验中无法完成。
二 RSTP 简介
生成树协议（spanning-tree），作用是在交换网络中提供冗余备份链路，并且解决交换网 络中的环路问题。 生成树协议是利用 SPA 算法（生成树算法）在存在交换环路的网络中生成一个没有环路 的树形网络。运用该算法将交换网络冗余的备份链路逻辑上断开，当主要链路出现故障时， 能够自动的切换到备份链路，保证数据的正常转发。 生成树协议目前常见的版本有 STP（生成树协议 IEEE802.1d）、RSTP(快速生成树协议 IEEE802.1w)、MSTP（多生成树协议 IEEE802.1s）。 生成树协议的特点是收敛时间长。当主要链路出现故障以后，到切换到备份链路需要 50 秒的时间。快速生成树协议（RSTP）在生成树协议的基础上增加了两种端口角色：替换端口 （alternate Port） 和备份端口 （backup Port） ， 分别做为根端口 （root Port） 和指定端口 （designed Port）的冗余端口。当根端口或指定端口出现故障时，冗余端口不需要经过 50 秒的收敛时间， 可以直接切换到替换端口或备份端口。从而实现 RSTP 协议小于 1 秒的快速收敛。RSTP 可以

和早前的 STP 协议共同工作。不过，需要指出的是当与早期的网桥互操作时，802.1w 会失去 其固有的快速收敛的好处。 每一个端口都维护着一个变量，用于定义相应网段的协议。在端口激活时，一个 3 秒的 迁移延时定时器也会同时启动。当定时器运行时，端口当前的 STP 或 RSTP 模式会被锁定。 当迁移定时器过期时，端口会适应为它所收到的下一个 BPDU 的相应模式。如果端口是由于 收到 BPDU 而改变操作模式，迁移延时会重新开始。这就限制了可能的频繁改变模式。
图 1 RSTP 演示 举例来说，假设上图中桥 A 和 B 在运行 RSTP，桥 A 为该段的 Designated 端口。一个运行早 期 STP 的桥 C 被引入该链路。 由于 802.1D 网桥忽略 RSTP BPDU 并丢弃它们，C 认为该段中 没有其他的网桥，并开始发送它的次优的 802.1D 格式的 BPDU。当桥 A 收到这些 BPDU，最 大两倍 hello-time 以后， 该端口会改变为 802.1D 模式。 因此， 现在 C 可以理解桥 A 的 BPDU， 并接收 A 作为该段的指定网桥。
图 2 RSTP 演示 注意在特定情况下，如果移去桥 C，桥 A 的那个端口仍然运行在 STP 模式，尽管它和它唯一 的邻居 B 运行 RSTP 会更有效。这是因为桥 A 不知道桥 C 从网段中移去。对这种特殊（而很 少见）的情况，需要用户手工干预以重启该端口的协议探测。 当一个端口运行在 802.1D 兼容模式时，它可以处理拓扑改变通知（TCN）BPDU 和设置了 TC 或 TCA 标志位的 BPDU。 RSTP （ IEEE 802.1w ）生来就包括大部分思科对 802.1D 生成树的私有增强，比如 BackboneFast, UplinkFast 和 PortFast。RSTP 在正确配置的网络中可以获得快速的收敛，有时 在几百毫秒左右。传统的 802.1D 定时器，比如转发延时和最大老化时间，仅仅用于备用。如 果点对点和边缘端口被正确的识别和被管理员正确设定，就不再需要这些定时器。而且，如

果不用与早期的网桥互通，这些定时器也不再需要。
三 实验环境介绍
3.1 实验软硬件环境
本次实验是在 Microsoft Windows 7 操作系统上利用 Cisco Packet Tracer 模拟软件实现 的，利用 RSTP 协议完成多路由器之间的冗余链路备份，在模拟的过程中，需要模拟出如下 的设备： 1. 交换机（三台）：2950-25 2960-24TT 2960-24TT； 2. PC 机四台：PC-PT； 3. 交叉线： 3 条； 4. 直通线： 4 条。
3.2 实验参数
1. 交换机参数 本实验要求使用三台交换机，并且至少含有两种型号，因此本实验采用了 2950-25 、 2960-24TT 两种型号的交换机，其中 2960-24TT 采用两台，按照题目要求，这三台交换机两 两相连，交换机的参数如表 1 所示。

编号
型号
端口使用情况
所含 VLAN
FastEthernet0/1
连接到 SwitchB
FastEthernet0/2 SwitchA 2950-25 FastEthernet0/4
连接到 PC0 VLAN 2 连接到 PC1
FastEthernet0/3
连接到 SwitchC
FastEthernet0/1 SwitchB 2960-24TT FastEthernet0/1
连接到 SwitchA VLAN2 连接到 SwitchC
FastEthernet0/1
连接到 PC3
FastEthernet0/2 SwitchC 2960-24TT FastEthernet0/3
连接到 SwitchB VLAN 2 连接到 SwitchA
FastEthernet0/4
连接到 PC2
表 1 三台交换机的参数 2. PC 参数 本实验使用了四台相同型号的 PC，分别连接到 SwitchA，和 SwitchC 上，这四台 PC 机同属一个 VLAN，他们的参数如表 2 所示。 表 2 四台 PC 的参数 名称 IP 子网掩码 默认网关 所属 VLAN

PC0 PC1 PC2 PC3
192.168.1.2 192.168.1.3 192.168.1.4 192.168.1.5
255.255.255.0 255.255.255.0 255.255.255.0 255.255.255.0
192.168.1.1 192.168.1.1 192.168.1.1 192.168.1.1 VLAN 2

3.3 实验拓扑图
图 3 实验拓扑 三台交换机两两相连，四台 PC 机中， PC0 、 PC1 连在 SwitchA 的 FastEthernet0/2 、 FastEthernet0/4 端口上，利用 SwitchB 作为冗余链路，当 SwitchA 与 SwitchC 之间的链路断掉 以后，可以使用 SwitchB 这条链路继续通信。
四 实验内容
本次实验主要是利用三台交换机实现同一 VLAN 不在同一交换机上的四台 PC 机之间通 信链路的冗余备份，并通过设置端口优先级来指定默认链路，要求掌握交换机的基本配置方 法，VLAN 划分的方法，重点是掌握 Spanning-tree 的配置，以及 Spanning-tree 的重要理论 知识，具体实验内容如下： 1. 使用 Cisco Packet Tracer 模拟器构造出实验所需的拓扑。 注意相同设备之间的连接应该 用交叉线，不同设备之间的连接使用直通线，路由器和 PC 相连使用交叉线。 2. 分别在三台交换机上划分 VLAN，并把相应的端口归入 VLAN 中。 3. 为 4 台 PC 分配 IP。 4. 设置交换机的中继端口（Trunk）和访问端口（Access）。 5. 配置快速生成树协议（RSTP），指定协议模式，协议算法。 6. 配置快速生成树协议（RSTP）的根路由，备用根路由，以及各端口开销。

7. 对配置好的网络进行测试，采用断路测试的方法。
五 实验详细步骤
5.1 绘制实验拓扑
打开 Packet Tracer 5.3 ， 进入工作界面， 实验要求采用三台至少两种型号的交换机， 因此， 我们选择了 2950-25、 2960-24TT 两种型号的交换机， 其中 2960-24TT 两台， 他们在 Packet Tracer 中的图标如下：
图 4 交换机图标 实验拓扑的绘制十分简单，这里不再赘述，应注意的只有两点： 1. 设备连接线的选择。相同设备之间的连接应该用交叉线，不同设备之间的连接使用 直通线，路由器和 PC 相连使用交叉线。 2. 在连接交换机的时候， 为了便于分别， 应该让相同标号的端口连在一起， 如： SwitchA 的 fa0/1 端口应该连在 SwitchB 的 fa0/1 端口。
5.2 交换机及 PC 的基本配置
1. 给 PC 分配 IP、子网掩码、默认网关 按照 3.2 节《实验参数 》的设计，对四台 PC 进行配置。单击拓扑中的 PC，弹出 PC 的 配置页面，单击“桌面”选项卡，再单击“IP 配置图标”，在弹出的对话框中一次填入 IP 地 址，子网掩码，默认网关，PC1 的配置如图 5 所示。
图 5 PC1 的配置信息

2. 划分 VLAN，配置端口角色 根据 3.2 节《实验参数》的设计，应在三台主机上分别创建 VLAN2，详细的设置参数请 参见表 3 。 表 3 交换机详细配置方案
交换机编号 配置方案 四个端口都归入 VLAN2 ， SwitchA Fa0/2、fa0/4 为访问端口 Fa0/1、fa0/3 为中继端口 SwitchB 两个端口都归入 VLAN2 且均为中继端口 四个端口都归入 VLAN2 SwitchC Fa0/1、fa0/4 为访问端口 Fa0/2、fa0/3 为中继端口
Switch A 的配置 Switch>enable Switch#config t Switch(config)#hostname SwitchA SwitchA(config)#vlan 2 SwitchA(config-vlan)#exit SwitchA(config)#interface range fastEthernet 0/1-4 SwitchA(config-if)#switchport access vlan 2 SwitchA(config-if)#exit SwitchA#config t SwitchA(config)#interface fa0/1 SwitchA(config-if)#switchport mode trunk //将端口 fa0/1，fa0/3 设置成 trunk 模式 //设置完成后端口自动重启 //对端口 1-4 进行统一配置 //将端口归入到 vlan 2 // 进入特权模式 // 进入全局配置模式 // 为交换机重命名为 SwitchA //创建 vlan 2
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to down

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to up
SwitchA(config-if)#exit SwitchA(config)#interface fa0/3 SwitchA(config-if)#switchport mode trunk
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/3, changed state to down
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/3, changed state to up
SwitchA(config-if)#exit SwitchA(config)#span mode r SwitchA(config)#span mode rapid-pvst //配置生成树协议为快速生成树协议 //配置生成树算法
配置完成
SwitchB 的配置 Switch>enable Switch#config terminal //进入特权模式 //进入全局配置模式
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z. Switch(config)#hostname SwitchB SwitchB(config)#vlan 2 SwitchB(config)#interface range fa0/1-2 //将两个端口归入 VLAN2 //重命名为 SwitchB
SwitchB(config-if-range)#switchport access vlan 2 SwitchB(config)#interface range fa0/1-2 SwitchB(config-if-range)#switchport mode trunk //将两个端口都配置成 trunk 模式

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/2, changed state to down
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/2, changed state to up
SwitchB(config-if-range)#exit
SwitchB(config)#spann mode r SwitchB(config)#spann mode rapid-pvst SwitchB(config)# 配置完成 Switch C 的配置 Switch>enable Switch#config t Switch#config terminal
//配置生成树协议为快速生成树协议 //配置生成树算法
//配置方法与 SwitchA 无异
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z. Switch(config)#hostname SwitchC SwitchC(config)#vlan 2 SwitchC(config-vlan)#exit SwitchC(config)#interface range fa0/1-4 SwitchC(config-if-range)#switchport access vlan 2 SwitchC(config-if)#exit SwitchC(config)#interface range fa0/2-3 SwitchC(config-if-range)#switchport mode trunk SwitchC(config-if-range)#exit SwitchC(config)#spann mode r SwitchC(config)#spann mode rapid-pvst SwitchC(config)# 配置完成

5.3 Spanning-tree 的配置
1. 根网桥的指定 SwitchA#config terminal //进入配置模式 //将 Sw2 指定为 Vlan1 的主根网桥
SwitchA(config)#spanning-tree vlan 2 root primary SwitchA#exit SwitchB#config terminal //回到特权模式 //进入配置模式
SwitchB(config)#spanning-tree vlan 2 root secondary 网桥
//将 Sw2 指定为 Vlan1 的备用根
在配置完成后，可以用在交换机 SwitchB 与 SwitchA 上使用 show spanning-tree 命令查看 生成树的相关信息，包括当前网桥 ID、根网桥 ID、端口角色、端口状态、端口优先级以及生 成树有关计时器等信息。还可以用 Debug spanning-tree events 命令来观察生成树运行中的动态 变化事件。 2. 端口优先级与端口成本的修改（端口成本无法在 PacketTracer 上完成） SwitchA#config terminal SwitchA(config)#interface fa0/1 //进入配置模式 // 进入接口配置模式 //指定接口 Fa0/1 的端口成本为 10
SwitchA(config-if)#spanning-tree vlan 1 cost 10 SwitchA#exit SwitchB#config terminal SwitchB(config)#interface fa0/4 //回到特权模式 //进入配置模式
//进入接口配置模式 //指定接口 Fa0/4 的端口优先
SwitchB(config-if)#spanning-tree vlan 1 port-priority 96 级为 96 SwitchB#exit //回到特权模式
在配置完成后，可以用在交换机 SwitchB 与 SwitchA 上使用 show spanning-tree 命令查看 生成树相关信息的变化，主要是端口角色与端口状态的变化。还可以用 Debug spanning-tree events 命令来观察生成树运行中的动态变化事件。 3．快速生成树模式的配置 SwitchA#config terminal //进入配置模式 //指定快速生成树模式 //所有访问端口定义为边缘端口
SwitchA(config)#spanning-tree mode rapid-pvst SwitchA(config)#spanning-tree portfast default SwitchB#config terminal //进入配置模式

SwitchB(config)#spanning-tree mode rapid-pvst SwitchB(config)#spanning-tree portfast default SwitchB#config terminal //进入配置模式
//指定快速生成树模式 //所有访问端口定义为边缘端口
SwitchC(config)#spanning-tree mode rapid-pvst SwitchC(config)#spanning-tree portfast default 配置完成
//指定快速生成树模式 //所有访问端口定义为边缘端口
5.3 链路测试
配置完成后在 PC1 上测试 RSTP 的快速收敛功能，实验拓扑图请参见图 3 。 第一步：在 PC1 上执行 ping -t 192.168.1.3，检查与 PC0 的通路情况，由于位于统一交换 机的同一子网内，无论何时，他们都是通的。
图 6 在 PC1 上测试与 PC0 的导通情况 第二步：在 PC1 上执行 Ping -t 192.168.1.4 ，测试与 PC2 的导通情况，由于 PC2 与 PC1 虽然同处一个子网当中，但是由于不在同一交换机上，所以需要通过中继链路通信，通过第 四章的配置，这条路也是通的。

图 7 在 PC1 上测试与 PC2 的导通性 第三步：所有的主见间都可以通信，现在测试 RSTP 的快速收敛功能，具体方法是，先打 开 PC1 与 PC2 之间的 ping 通信 （ping -t 192.168.1.4） ， 监测网络的连通性， 然后断开 SwitchA 与 SwitchC 之间的通路，查看通路的情况，然后在断开 SwitchA 与 SwitchB 之间的通路，在 连上 SwitchA 与 SwitchB 之间的通路，效果如图 8 所示。
图 8 断开 SwitchA 与 SwitchC

可以看到，断开 SwitchA 与 SwitchC 之间的通路对网络没有丝毫影响，只是通信时间从 42ms 跃升至 125ms ，很快恢复了通信。开启 AC 间的通路，然后断开 AB 间的通路，情况如 图 9 所示。
图 9 断开 A、B 之间的通路 通路短暂停止，但是马上恢复，只丢了一个包。
再断开备份链路 SwitchA--> SwitchB-->SwitchC 中 A 与 B 之间的通路， 两条链路都断了， 通信立即停止。
图 10 同时断开 A--> B 、A--> C 之间的链路

六 课题总结
RSTP 协议和 STP 协议没有很大的区别， 最大的区别就在于收敛速度的不同， STP 的收敛 时间为 60s，但是 RSTP 的收敛时间是 1s。STP 不能快速迁移，即使是在点对点链路或边缘 端口（边缘端口指的是该端口直接与用户终端相连，而没有连接到其它设备或共享网段上）， 也必须等待 2 倍的 ForwardDelay 的时间延迟，端口才能迁移到转发状态。RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议）是 STP 协议的优化版。其“快速”体现在，当一 个端口被选为根端口和指定端口后，其进入转发状态的延时在某种条件下大大缩短，从而缩 短了网络最终达到拓扑稳定所需要的时间。RSTP 可以快速收敛，但是和 STP 一样存在以下 缺陷：局域网内所有网桥共享一棵生成树，不能按 VLAN 阻塞冗余链路，所有 VLAN 的报 文都沿着一棵生成树进行转发。STP 与 RSTP 的几个定时器数值范围均相同，都是可配置的， 其中一个不同表现在边缘端口上。如果要测试边远端口在两个协议下的情况，不能使用同一 个端口，因为交换机会学习到 mac 地址，在同一个端口上拔掉网线再插上都是直接转发，换 端口才能体现出区别。 在实验的过程中经常会被一些很简单的问题困扰，比如说，怎样设置端口的优先级，很 多资料上说可以用 Spanning-tree port-priority [数值（16 的倍数）]，但是不能使用，我以为是 生成树协议没有打开的问题，但是后来一查才发现，生成树协议默认是打开的，这个问题困 扰了很久，最后终于在一个文档的案例中发现，生成树协议一般都是在 vlan 上定义的，这时 候可以用 Spanning-tree vlan 2 port-priority [数值（16 的倍数）]来设置优先级，如果没有划分 vlan，这时候就要用默认的 vlan 1 来设置，书上的指令介绍的都很简单，在用到的时候才发 现很多事不可行的，网上有很多资料都是老的，比如说，set 命令在我用到的两种型号的交换 机中就都不能使用。 在配置备用链路的时候也碰到了许多问题，我在 A 和 B 上配置了 vlan 2 ，并且在 A、B、 C 上都配置了 Rapid Spanning-tree 协议，没有配置 RSTP 协议之前是可以通信的，一旦配置 了协议，网络就变得很奇怪，时断时续，偶尔能通上一会，但是大部分时候是不能通信的， 一直找不到答案，晚上回宿舍用同学的电脑重新做的时候，为了把问题集中在 Spanning-tree 上，没有配置 vlan，就够畅通无阻，和预期的结果一模一样。经过我的分析，可能是因为在 没有配置 vlan 的情况下，所有的端口都是默认在一个 vlan 1 中的，但是我配置了 vlan，这样 的话 SwitchB 中就不存在 vlan 2 ，因为我在 B 中没有配置 vlan，导致了这种奇怪的问题。回 到实验室，我把 B 中也配置了一个 vlan 2 ，并且把 用到的两个端口 fa0/1-2 都加到了 vlan 2 中，果然，一切问题迎刃而解，所有的配置都成功了。

附录 A 参考文献
[1] 谢希仁等. 计算机网络第六版[M]. 北京：电子工业出版社. 2009 [2] 韩毅刚. 刘佳黛, 翁明俊等. 计算机网络与通信[M]. 沈阳：机械工业出版社. 2013
[3] 武新华. 唐坚明，段玲华等. 计算机网络典型应用案例精选[M]. 北京：中国铁道出版 社 2006 [4] 百度文库. 交换机快速生成树协议配置[EB/OL]. https://www.360docs.net/doc/2515456823.html,/link?url=wFS19mcATQIE2dZ31hsaS9-6hO5Po-z2CRzLYKJhg9ng Rru_dsn8b0aL1-ZI5dvT9fLf-kHXhyFLOL9v5hdlU2VqLzf2I3vyz9zP3rkHq3y [5] 鸿鹄论坛. 鸿鹄论坛_rstp[EB/OL]. https://www.360docs.net/doc/2515456823.html,