以太网交换机中生成树协议的实现 (1)

以太网交换机中生成树协议的实现

王作芬　王芙蓉

(华中理工大学电信系)

摘　要:　生成树算法和协议是自动生成网络拓扑结构的基础。本文阐述了生成树算法和协议的内容,并给出了在以太网交换机中的具体实现过程。我们通过实践证明:该方法对于解析最优网络拓扑结构效果良好。

关键词:　以太网交换机　网桥　拓扑结构　生成树　BPDU

以太网交换机在第二层即M AC层必须具有路由功能。目前普遍使用的M AC层路由方式是IEEE802.1组织发布的标准:基于生成树算法的路由。在局域网内的交换机执行了生成树算法以后,会组成一个生成树动态拓扑结构,该拓扑结构使局域网内任意两个工作站之间不存在回路,以防止由此产生的局域网广播风暴。同时,生成树算法还负责监测物理拓扑结构的变化,并能在拓扑结构发生变化之后建立新的生成树。例如当一个交换机坏了或某一条数据通路断了后,能提供一定的容错能力而重新配置生成树的拓扑结构。交换机根据生成树动态拓扑结构的状态信息来维护和更新M AC路由表,最终实现M AC层的路由。

一、以太网交换机在MAC层体系结构

以太网交换机在M AC层的功能主要是实现LAN的互连。根据IEEE802.1D协议的规定,在M AC层工作的体系结构必须包含以下内容:(1)一个用于连接交换机端口的MAC转发实体;(2)至少两个端口;(3)高层协议实体,其中包括交换机协议实体。如图1所示。

M AC转发实体主要实现交换机不同端口间的内部通信。该实体存储各个端口的工作状态并维护一个过滤数据库。数据库中存放了一张M AC地址表,用以实现M AC层的路由。当数据帧从一个端口的底层服务进程传上来时,M AC实体首先判断目的端口的工作状态,如果目的端口没有被阻塞, M AC转发实体将依据M AC地址表的对应关系将该帧从目的端口转发出去。同时,M AC转发实体还可以进行过滤、记录M AC地址等操作。

图1　交换机在M AC层工作的体系结构

交换机端口的功能是从与其相连的LAN上接收或传送数据。端口的状态由生成树算法规定,包括转发、学习、监听、阻塞和禁止状态。

高层协议实体位于LLC层,主要用于计算和配置LAN的拓扑结构。下面介绍的生成树协议算法就是运行在该协议实体内,用来实现M AC层的路由。在运行生成树算法时,高层协议实体可以直接调用M AC转发实体提供的服务,并能读取或更改M AC实体数据库中维护的信息,如从M AC实体中

?《数据通信》　2000年　第4期

收稿日期:2000-09-06

读取或更改某端口的状态信息等。

在运行生成树算法时,交换机的高层协议实体将使用一个统一的组地址01-80-C2-00-00-00作为

目的MA C地址,该数据被称为BPDU(桥协议数据单元)。BPDU中携带了实现生成树算法的有关信息。在实现生成树算法时,从端口接收上来BPDU,由LLC层的服务进程将其传给交换机协议实体。在执行了生成树算法以后,交换机的协议实体将根据算法的结果更新端口的状态信息并更新过滤数据库,以决定交换机端口的工作状态(阻塞或转发等),从而建立生成树拓扑结构。

二、生成树协议

1.生成树协议介绍

生成树协议基于以下几点:(1)有一个唯一的组地址(01-80-C2-00-00-00)标识一个特定LAN上的所有的交换机。这个组地址能被所有的交换机识别;

(2)每个交换机有一个唯一的标识(Bridg e Identifier);(3)每个交换机的端口有一个唯一的端口标识(Port Identifier)。对生成树的配置进行管理还需要:对每个交换机设置一个相对的优先级;对每个交换机的每个端口设置一个相对的优先级;对每个端口设置一个路径花费。

具有最高优先级的交换机被称作根(r oot)交换机。每个交换机端口都有一个根路径花费,根路径花费是该交换机到根交换机所经过的各个跳段的路径花费的总和。一个交换机中根路径花费的值为最低的端口称为根端口,若有多个端口具有相同的根路径花费,则具有最高优先级的端口为根端口。

在每个LAN中都有一个交换机被称为选取(designated)交换机,它属于该LA N中根路径花费最少的交换机。把LAN和选取交换机连接起来的端口就是LAN的选取端口(designated por t)。如果选取交换机中有两个以上的端口连在这个LAN 上,则具有最高优先级的端口被选为选取端口。拓扑结构如图2所示。

由于交换机A具有最高优先级(桥标识最低),被选为根交换机,所以交换机A是LAN A和LAN B

的选取交换机;假设交换机B的根路径花费为6,交换机C的根路径花费为4,那么交换机C被选为LAN C的选取交换机,亦即LAN C与交换机A之间的消息通过交换机C转发,而不是通过交换机B。LAN C与交换机B之间的链路是一条冗余链路。

图2　拓扑结构

2.BPDU编码

交换机之间定期发送BPDU包,交换生成树配置信息,以便能够对网络的拓扑、花费或优先级的变化做出及时的响应。BPDU分为两种类型,包含配置信息的BPDU包称为配置BPDU(Config ur ation BPDU),当检测到网络拓扑结构变化时则要发送拓扑变化通知BPDU(To polo gy Change Notification BPDU)。配置BPDU编码如图3所示。

图3　配置BPDU的格式

拓扑变化通知BPDU编码如图4所示。

对于配置BPDU,超过35个字节以外的字节将被忽略掉;对于拓扑变化通知BPDU,超过4个字节以外的字节将被忽略掉。

图4　拓扑变化通知BPDU的格式

《数据通信》　2000年　第4期

3.形成一个生成树所必需决定的要素

(1)决定根交换机

a、最开始所有的交换机都认为自己是根交换机;

b、交换机向与之相连的LAN广播发送配置BPDU,其roo t id与bridge id的值相同;

c、当交换机收到另一个交换机发来的配置BP-DU后,若发现收到的配置BPDU中root id字段的值大于该交换机中roo t id参数的值,则丢弃该帧,否则更新该交换机中的root i

d、根路径花费roo t path co st等参数的值,该交换机将以新值继续广播发送配置BPDU。

(2)决定根端口

一个交换机中根路径花费的值为最低的端口称为根端口。

若有多个端口具有相同的最低根路径花费,则具有最高优先级的端口为根端口。若有两个或多个端口具有相同的最低根路径花费和最高优先级,则端口号最小的端口为默认的根端口。

(3)决定LAN的选取交换机

a、开始时,所有的交换机都认为自己是LAN 的选取交换机。

b、当交换机接收到具有更低根路径花费的(同一个LAN中)其他交换机发来的BPDU,该交换机就不再宣称自己是选取交换机。如果在一个LAN 中,有两个或多个交换机具有同样的根路径花费,具有最高优先级的交换机被选为选取交换机。在一个LAN中,只有选取交换机可以接收和转发帧,其他交换机的所有端口都被置为阻塞状态。

c、如果选取交换机在某个时刻收到了LAN上其他交换机因竞争选取交换机而发来的配置BP-DU,该选取交换机将发送一个回应的配置BPDU,以重新确定选取交换机。

(4)决定选取端口

LAN的选取交换机中与该LAN相连的端口为选取端口。若选取交换机有两个或多个端口与该LAN相连,那么具有最低标识的端口为选取端口。

除了根端口和选取端口外,其他端口都将置为阻塞状态。这样,在决定了根交换机、交换机的根端口、以及每个LAN的选取交换机和选取端口后,一个生成树的拓扑结构也就决定了。

4.拓扑变化

拓扑信息在网络上的传播有一个时间限制,这个时间信息包含在每个配置BPDU中,即为消息时限。每个交换机存储来自LAN选取端口的协议信息,并监视这些信息被存储的时间。在正常稳定状态下,根交换机定期发送配置消息以保证拓扑信息不超时。如果根交换机失效了,其他交换机中的协议信息就会超时,新的拓扑结构将很快在网络中传播。

当某个交换机检测到拓扑变化,它将向根交换机方向的选取交换机发送拓扑变化通知BPDU,以拓扑变化通知定时器的时间间隔定期发送拓扑变化通知BPDU,直到收到了选取交换机发来的确认拓扑变化信息(这个确认信号在配置BPDU中,即拓扑变化标志位置位),同时选取交换机重复以上过程,继续向根交换机方向的交换机发送拓扑变化通知BPDU。这样,拓扑变化的通知最终传到根交换机。根交换机收到了这样一个通知,或其自身改变了拓扑结构,它将发送一段时间的配置BPDU,在配置BPDU中拓扑变化标志位被置位。所有的交换机将会收到一个或多个配置消息,并使用转发延迟参数的值来老化过滤数据库中的地址。所有的交换机将重新决定根交换机、交换机的根端口、以及每个LAN的选取交换机和选取端口,这样生成树的拓扑结构也就重新决定了。

三、结果及结论

笔者按照上述原理和方法实现的生成树算法运行正常,能够解析出最优的网络拓扑结构。当管理员使某一个端口无效或某一条链路断开后,该算法能及时响应网络的拓扑变化而重新配置生成树的拓扑结构。

参考文献

1　ISO/IE C Fin al DIS15802-3(IEEE P802.1D/D17).Informa-tion technology——Telecommu nication s and in formation ex-change betw een s ystems——Local and metropolitan area n et-w or ks——Comm on s pecification——Part3:M edia Acces s Con-trol(M AC)Bridge,M ay25,1998

2　J ayant K、M ohan K.千兆位以太网教程——向高宽带网络迁移.

清华大学出版社,1999■

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STP生成树协议原理及配置--从入门到精通

STP生成树协议原理及配置—从入门到精通生成树协议（Spanning-Tree Protocol，以下简称STP）是一个用于在局域网中消除环路的协议。运行该协议的交换机通过彼此交互信息而发现网络中的环路，并适当对某些端口进行阻塞以消除环路。由于局域网规模的不断增长，STP已经成为了当前最重要的局域网协议之一。 STP的算法 STP将一个环形网络生成无环拓朴的步骤：选择根网桥（Root Bridge）选择根端口（Root Ports）选择指定端口（Designated Ports）选择根网桥的依据网桥ID（BID）网桥ID是唯一的，交换机之间选择BID值最小的交换机作为网络中的根网桥 STP选择根网桥举例根据网桥ID选择根网桥选择根端口的依据在非根网桥上选择一个到根网桥最近的端口作为根端口选择根端口的依据是：根路径成本最低直连（上游）的网桥ID最小端口（上游）ID最小根路径成本根路径成本（开销）－是网桥到根网桥的路径上所有链路的成本之和，默认10M/100M自适应的路径开销为200000 STP选择根端口举例在非根桥上，选择一个根端口（RP）选择指定端口的依据在每个网段上，选择1个指定端口根桥上的端口全是指定端口非根桥上的指定端口：根路径成本最低

端口所在的网桥的ID值较小端口ID值较小 STP选择指定端口举例在每个网段选择1个指定端口（DP） STP计算结果经过STP计算，最终的逻辑结构为无环拓朴 STP举例经过STP计算后的逻辑拓朴 BPDU（桥协议数据单元）交换机之间使用BPDU来交换STP信息 BPDU Bridge Protocol Data Unit －桥协议数据单元使用组播发送BPDU，组播地址为： 01-80-c2-00-00-00 BPDU分为2种类型：配置BPDU －用于生成树计算拓朴变更通告（TCN）BPDU －用于通告网络拓朴的变化 BPDU包含的关键字段 STP使用BPDU选择根网桥2-1 交换机启动时，假定自己是根网桥，在向外发送的BPDU中，根网桥ID 字段填写自己的网桥ID STP使用BPDU选择根网桥2-2 当接收到其他交换机发出的BPDU后，比较网桥ID，选择较小的添加到根网桥ID中 STP使用BPDU计算根路径成本2-1 根网桥发送根路径成本为0的BPDU STP使用BPDU计算根路径成本2-2 其他交换机接收到根网桥的BPDU后，在根路径成本上添加接收接口的路径成本，然后转发生成树端口的状态生成树计时器 STP状态机在STP选举过程中，端口是不能转发用户数据的。端口一开始处于阻塞状态，这个状态只能接收BPDU；

理解快速生成树协议(RSTP)

快速生成树协议（802.1w）注：本文译自思科的白皮书Understanding Rapid Spanning Tree Protocol（802.1w）. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 介绍 Catalyst 交换机对RSTP的支持新的端口状态和端口角色端口状态（Port State）端口角色（Port Roles）新的BPDU格式新的BPDU处理机制 BPDU在每个Hello-time发送信息的快速老化接收次优BPDU 快速转变为Forwarding状态边缘端口链路类型 802.1D的收敛 802.1w的收敛 Proposal/Agreement 过程 UplinkFast 新的拓扑改变机制拓扑改变的探测拓扑改变的传播与802.1D兼容结论 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 介绍在802.1d 生成树（STP）标准设计时，认为网络失效后能够在1分钟左右恢复，这样的性能是足够的。随着三层交换引入局域网环境，桥接开始与路由解决方案竞争，后者的开放最短路由协议（OSPF）和增强的内部网关路由协议（EIGRP）能在更短的时间提供备选的路径。思科引入了Uplink Fast、Backbone Fast和Port Fast等功能来增强原始的802.1D标准以缩短桥接网络的收敛时间，但这些机制的不足之处在于它们是私有的，并且需要额外的配置。快速生成树协议（RSTP；IEEE802.1w）可以看作是802.1D标准的发展而不是革命。802.1D 的术语基本上保持相同，大部分参数也没有改变，这样熟悉802.1D的用户就能够快速的配置新协议。在大多数情况下，不经任何配置RSTP的性能优于思科的私有扩展。802.1w能够基于端口退回802.1D以便与早期的桥设备互通，但这会失去它所引入的好处。

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 -

Cisco交换机之STP协议简单详解

Cisco交换机之STP协议简单详解及实验 Cisco交换机之STP协议简单详解及实验前面的学习中，我们已经掌握通过交换机组网，但是，怎样加强企业网络的可靠性呢？在实际网络环境中，可以通过物理环路解决网络的可靠性，当一跳链路断开或者出现故障，另一条链路任然可以传输数据，但是，在交换网络中，当交换机收到一个未知目的地址的数据帧，交换机会广播出去，这样，在交换网络中，就会产生一个双向广播环，甚至广播风暴，导致交换机死机。本章的STP（Spanning Tree Protocol 生成树协议），它就是在逻辑上断开物理环路，防止产生广播风暴，而一旦正在用的线路出现故障，被逻辑断开的线路又重新接通，继续传输数据。在介绍STP之前，首先回顾一下交换机的工作原理（1）交换机通过学习数据帧中的源MAC地址生成MAC地址表。（2）交换机查看数据帧的目标MAC地址，根据MAC地址表转发数据。（3）如果交换机MAC地址表中没有匹配项，则向除了收到这个数据帧的端口以外的所有端口广播这个数据帧。如果在一个物理环路的网络中，交换机收到一个未知目标地址的数据帧，它会向其他交换机广播，而其他交换机也没有相应的MAC地址对应，又会向除接受端口之外的端口广播，这样，在网络中就产生了双向广播环。一.STP概述 1.STP叫做生成树协议，就是把一个环形的结构改变成一个树形的结构二.STP工作原理 1.生成树算法（1）选择根网桥（Root Bridge）选择根网桥的依据是网桥ID（8字节的字段)前2字节为网桥优先级（范围是0--65535，默认值是32768），后6字节是网桥的MAC地址。（2）选择根端口（Root Ports）选择根端口的依据按照顺序是：到根网桥最底的根路径成本直连的网桥ID最小端口ID最小下面是带宽与路径成本的关系链路带宽（Mb/s）路径成本 10 100 16 62 45 39 100 19 155 14 622 6 1000 4 10000 2 端口ID是一个2字节的STP参数，前8位是端口优先级（范围是0--255，默认是128）后8位是端口编号，注意：端口编号不是端口号，但是端口号低的端口，端口编号值也较小。

STP 生成树协议配置

实验八生成树配置实验1 【实验名称】生成树协议STP 【实验目的】理解生成树协议STP的配置及原理。【背景描述】某学校为了开展计算机教学和网络办公，建立了一个计算机教室和一个校办公区，这两处的计算机网络通过两台交换机互连组成内部校园网，为了提高网络的可靠性，网络管理员用2条链路将交换机互连，现要在交换机上做适当配置，使网络避免环路。本实验以2台S2126G交换机为例，2台交换机分别命名为SwitchA, SwitchB。PC1与PC2在同一个网段，假设IP地址分别为192.168.0.137，192.168.0.136，网络掩码为255.255.255.0 。【实现功能】使网络在有冗余链路的情况下避免环路的产生，避免广播风暴等。【实验拓扑】 F0/3F0/3 【实验设备】 S2126G（2台）【实验步骤】

第一步：在每台交换机上开启生成树协议．例如对SwitchA做如下配置： SwitchA#configure terminal ！进入全局配置模式 SwitchA(config)#spanning-tree ！开启生成树协议 SwitchA(config)#end 验证测试：验证生成树协议已经开启 SwitchA#show spanning-tree ！显示交换机生成树的状态 StpVersion : MSTP SysStpStatus : Enabled BaseNumPorts : 24 MaxAge : 20 HelloTime : 2 ForwardDelay : 15 BridgeMaxAge : 20 BridgeHelloTime : 2 BridgeForwardDelay : 15 MaxHops : 20 TxHoldCount : 3 PathCostMethod : Long BPDUGuard : Disabled BPDUFilter : Disabled ###### MST 0 vlans mapped : All BridgeAddr : 00d0.f8ef.9e89 Priority : 32768 TimeSinceTopologyChange : 0d:0h:0m:8s TopologyChanges : 0 DesignatedRoot : 800000D0F8EF9D09 RootCost : 200000 RootPort : Fa0/1 CistRegionRoot : 800000D0F8EF9E89 CistPathCost : 0 SwitchA#show spanning-tree interface fastthernet 0/1 ！显示交换机接口fastthernet 0/1的状态 PortAdminPortfast : Disabled PortOperPortfast : Disabled PortAdminLinkType : auto PortOperLinkType : point-to-point PortBPDUGuard: Disabled PortBPDUFilter: Disabled

STP生成树协议原理与算法简析

STP生成树协议原理与算法简析简介在实际的网络环境中，物理环路可以提高网络的可靠性，当一条线路断掉的时候，另一条链路仍然可以传输数据。但是，在交换网络中，当交换机接收到一个未知目的地址的数据帧时，交换机的操作是将这个数据帧广播出去，这样，在存在物理的交换网络中，就会产生一个双向的广播环，甚至产生广播风暴，导致交换机死机。这就产生一个矛盾，需要物理环路来提高网络可靠性，而环路又可能产生广播风暴，如何才能两全其美呢？本章将要讲述的STP，就是用来解决这个矛盾的。STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）是根据IEEE 802.1D 标准建立的，用于在局域网中消除数据链路层物理环路的协议。运行该协议的设备通过彼此交互信息发现网络中的环路，并有选择的对某些端口进行阻塞，最终将环路网络结构修剪成无环路的树型网络结构，从而防止报文在环路网络中不断增生和无限循环，避免设备由于重复接收相同的报文所造成的报文处理能力下降的问题发生。 STP采用的协议报文是BPDU（Bridge Protocol Data Unit，桥协议数据单元），也称为配置消息，BPDU中包含了足够的信息来保证设备完成生成树的计算过程。STP即是通过在设备之间传递BPDU来确定网络的拓扑结构。 1 STP 生成树协议 1.1 STP的主要作用消除环路：通过阻断冗余链路来消除网络中可能存在的路径回环。链路备份：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。 1.2 STP的基本原理：通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文——BPDU（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。（注：此BPDU被称为配置BPDU，另外STP还有TCN BPDU。）

交换机生成树协议

竭诚为您提供优质文档/双击可除交换机生成树协议篇一：交换机生成树协议指导书交换机生成树协议指导说明一、实训目的：掌握生成树一些的启动和配置方法，掌握生成树协议的查看命令。二、背景描述：你是某公司的网管,为保证公司里的网络正常通讯，你将三台交换机连接起来，但是这样会出现环路，你必须想一个方法来清除交换机的环路。三、实训设备： 1.电脑 2.思科模拟器packettracer 三、实训任务任务：交换机生成树协议四、实训步骤任务：交换机生成树协议默认的，在思科设备上，生成树协议是开启的，但是在

其他厂家的设备中，生成树协议是关闭的，需要手动开启。在Vlan1-3上面开启生成树协议 switch(config)#spanning-treevlan1-3 开启所有access接口的端口快速转换功能 switch(config)#spanning-treeportfastdefault 在Vlan1-3上面关闭生成树协议 switch(config)#nospanning-treevlan1-3 在所有Vlan端口上开启生成树协议 switch(config)#spanning-treemodepvst 在所有Vlan端口上开启快速生成树协议 switch(config)#spanning-treemoderapid-pvst 配置生成树协议的优先级 switch(config)#spanning-treevlanxxpriority参数;xx指的是vlanid 设置根交换机(主) switch(config)#spanning-treevlanxxrootprimary设置根交换机(主) 设置根交换机(备) switch(config)#spanning-treevlanxxrootsecondary 设置Vlan端口优先级（一般来说，根端口的优先级为1）switch(config-if)#spanning-treevlanxxport-priority 参数设置根端口

Cisco交换机VLAN配置及生成树协议

实验六交换机VLAN配置及生成树协议 6.1 交换机的VLAN （略，见课本） 6.2 交换机生成树协议（略，见课本） 6.3 实验六交换机VLAN配置及生成树协议 6.3.1实验目的理解交换机VLAN的基本概念与工作原理，了解VLAN协议IEEE 802.1Q。在掌握交换机基本配置操作的基础上，学会在交换机上对规划的VLAN作相应配置。理解交换机生成树的基本概念与工作原理，了解生成树协议802.1D与快速生成树协议802.1W，学会在交换机上设置生成树功能。 6.3.2 实验准备（1）实验设备 ?锐捷路由组网实验台，每个机架上有4台锐捷路由器、4台锐捷交换机，本次实验每组使用2台锐捷交换机，一个机架可供2组同时做实验； ?带9针COM口、双10/100M网卡的PC机若干台。 ?PC机COM口连接交换机的console口配置用的连线：说明：用锐捷路由组网实验台实验时：因为用户PC机本身的网卡 NIC1已插有RJ45 UTP线连接到机房核心交换机再连到实验机架上的锐捷管理控制服务器，而后者已有串口线连接到机架上各交换机的console口，PC机可通过使用HTTP Web网页的方法访问锐捷管理控制服务器，间接由其串口向交换机的console口发出配置命令，因此用户PC机COM口不再需要连接交换机的console口； ?PC机与交换机连接用的RJ45-to-RJ45 straight-through cable (RJ45 UTP直通线) 2根：说明：用锐捷路由组网实验台实验时：因为用户PC机本身的网卡 NIC2已插RJ45 UTP直通线连接到实验台机架下部理线架上的相应插座，因此只需用RJ45 UTP直通线将实验台下部的理线架上相应插座

Cisco快速生成树协议RSTP协议原理及配置

实验8 Cisco 快速生成树协议RSTP 协议原理及配置一、相关知识介绍 1、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。 2、根网桥的选择流程：（1）第一次启动交换机时，自己假定是根网桥，发出BPDU报文宣告。（2）每个交换机分析报文，根据网桥ID选择根网桥，网桥ID小的将成为根网桥（先比较网桥优先级，如果相等，再比较MAC地址）。（3）经过一段时间，生成树收敛，所有交换机都同意某网桥是根网桥。（4）若有网桥ID值更小的交换机加入，它首先通告自己为根网桥。其它交换机比较后，将它当作新的根网桥而记录下来。 3、RSTP 协议原理 STP并不是已经淘汰不用，实际上不少厂家目前还仅支持STP。STP的最大缺点就是他的收敛时间太长，对于现在网络要求靠可靠性来说，这是不允许的，快速生成树的目的就是加快以太网环路故障收敛的速度。（1）RSTP 5种端口类型 STP定义了4种不同的端口状态，监听（Listening），学习（Learning），阻断（Blocking）和转发（Forwarding），其端口状态表现为在网络拓扑中端口状态混合（阻断或转发），在拓扑中的角色（根端口、指定端口等等）。在操作上看，阻断状态和监听状态没有区别，都是丢弃数据帧而且不学习MAC 地址，在转发状态下，无法知道该端口是根端口还是指定端口。RSTP有五种端口类型。根端口和指定端口这两个角色在RSTP中被保留，阻断端口分成备份和替换端口角色。生成树算法（STA）使用BPDU来决定端口的角色，端口类型也是通过比较端口中保存的BPDUB来确定哪个比其他的更优先。 1）根端口：非根桥收到最优的BPDU配置信息的端口为根端口，即到根桥开销最小的端口，这点和STP 一样。请注意图8-16上方的交换机，根桥没有根端口。按照STP的选择根端口的原则，SW-1和SW-2和根连接的端口为根端口。 2）指定端口：与STP一样，每个以太网网段段内必须有一个指定端口。假设SW-1的BID比SW-2 优先，而且SW-1的P1口端口ID比P2优先级高，那么P1为指定端口，如图8-17所示。

计算机网络实验三生成树的协议配置

惠州学院《计算机网络》实验报告实验三生成树的协议配置一．实验目的在掌握环路产生的原因及危害性的基础上，学习STP的功能、原理及配置方法，从而了解利用冗余链路来提高网络安全性和可靠性的相关技术。二．实验环境 1.交换机2台，二层三层均可，本实验使用的是二层交换机 2.实验用PC机2台 3.Console电缆2根 4.直连双绞线2根 5.交叉双绞线2根三．实验内容和要求（1）掌握链路冗余的重要性。（2）了解广播风暴对网络性能造成的影响。（3）掌握STP、RSTP和MSTP的概念以及相互之间的区别。（4）学习生成树协议的配置方法。四．网络拓扑图五、实验步骤生成树协议在部分交换机（如思科）上是自动打开的，管理员不需要进行配置。但在一些交换机（如锐捷）上默认是关闭的，如果网络中存在环路，则必须手动开启。根据如上的拓扑图，具体配置如下： 1.在交换机A上创建一个VLAN，然后将与PC1连接的端口添加到VLAN 10中。同时，将用于交换机之间连接的两个端口设置为tag模式。 Switch-A#configure terminal Switch-A(config)#vlan 10

Switch-A(config-vlan)#name test Switch-A(config-vlan)#exit Switch-A(config)#interface FastEthernet 0/6 Switch-A(config-if)#switchport access vlan 10 Switch-A(config-if)#end Switch-A(config)#interface FastEthernet 0/3 Switch-A(config-if)#Switchport mode trunk Switch-A(config-if)#exit Switch-A(config)#interface FastEthernet 0/4 Switch-A(config-if)#Switchport mode trunk Switch-A(config-if)#end 2.在交换机B上创建一个VLAN，然后将与PC2连接的端口添加到VLAN 10中。同时，将用于交换机之间连接的两个端口设置为tag模式。 Switch-B#configure terminal Switch-B(config)#vlan 10 Switch-B(config-vlan)#name test Switch-B(config-vlan)#exit Switch-B(config)#interface FastEthernet 0/6 Switch-B(config-if)#switchport access vlan 10 Switch-B(config-if)#end Switch-B(config)#interface FastEthernet 0/3 Switch-B(config-if)#Switchport mode trunk Switch-B(config-if)#exit Switch-B(config)#interface FastEthernet 0/4 Switch-B(config-if)#Switchport mode trunk Switch-B(config-if)#end 3.如果该交换机没有启用生成树协议，则分别在A和B交换机上启用相应的协议，以免产生环路。Cisco交换机开启生成树协议的命令为：spanning-tree vlan 1 Switch-A(config)#spanning-tree vlan 1 Switch-B(config)#spanning-tree vlan 1 锐捷交换机开启生成树协议的命令为：spanning-tree mode rstp 六、实验截图

交换机生成树协议原理

交换机生成树协议原理方便用户连接服务器或高速主干网。用户也可以通过设计多台服务器(进行业务划分)或追加多个网卡来消除瓶颈。交换机还可支持生成树算法，方便用户架构容错的冗余连接。 1.网络中的广播帧目前广泛使用的网络操作系统有Netware、WindowsNT等，而LanServer的服务器是通过发送网络广播帧来向客户机提供服务的。这类局域网中广播包的存在会大大降低交换机的效率，这时可以利用交换机的虚拟网功能(并非每种交换机都支持虚拟网)将广播包限制在一定范围内。每台文交换机的端口都支持一定数目的MAC地址，这样交换机能够“记忆”住该端口一组连接站点的情况，厂商提供的定位不同的交换机端口支持MAC数也不一样，用户使用时一定要注意交换机端口的连接端点数。如果超过厂商给定的MAC数，交换机接收到一个网络帧时，只有其目的站的MAC地址不存在于该交换机端口的MAC地址表中，那么该帧会以广播方式发向交换机的每个端口。 2.虚拟网的划分虚拟网是交换机工作原理的重要功能，通常虚拟网的实现形式有三种： (1)静态端口分配

静态虚拟网的划分通常是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口，使其直接从属某个虚拟网。这些端口一直保持这些从属性，除非网管人员重新设置。这种方法虽然比较麻烦，但比较安全，容易配置和维护。 (2)动态虚拟网支持动态虚拟网的端口，可以借助智能管理软件自动确定它们的从属。端口是通过借助网络包的MAC地址、逻辑地址或协议类型来确定虚拟网的从属。当一网络节点刚连接入网时。交换机工作原理端口还未分配，于是交换机通过读取网络节点的MAC地址动态地将该端口划入某个虚拟网。这样一旦网管人员配置好后，用户的计算机可以灵活地改变交换机端口，而不会改变该用户的虚拟网的从属性，而且如果网络中出现未定义的MAC地址，则可以向网管人员报警。 (3)多虚拟网端口配置该配置支持一用户或一端口可以同时访问多个虚拟网。这样可以将一台网络服务器配置成多个业务部门(每种业务设置成一个虚拟网)都可同时访问，也可以同时访问多个虚拟网的资源，还可让多个虚拟网间的连接只需一个路由端口即可完成。但这样会带来安全上的隐患。虚拟网的业界规范正在制定当中，因而各个公司的产品还谈不上互操作性。Cisco公司开发了 Inter-SwitchLink(ISL)虚拟网络协议，该协议支持跨骨干网(ATM、FDDI、FastEther)的虚拟网。但该协议被指责为缺乏安全性上的考虑。

交换机快速生成树协议配置

交换机生成树协议配置一、实验目的： 1.理解生成树协议工作原理； 2.掌握快速生成树协议的配置方法。二、实验环境：操作系统：windows XP professional SP3 Cisco公司开发的packet tracer软件平台。三、实验步骤： 1.打开cisco packet tracer软件平台，构建网络拓扑图，如图1.1；其中两台普通台式机的FastEthernet端口分别与两台2960交换机的FastEthernet0/7 端口用双绞线连接，两台交换机再用双绞线连接，端口号对应都是fastEthernet0/1、FastEhernet0/2。图1.1 2.配置PC1的IP Address：192.168.0.7，Subnet Mask：255.255.255.0 Gateway：192.168.0.1 PC2的IP Address：192.168.0.17，Subnet Mask：255.255.255.0 Gateway：192.168.0.1 此时两台主机是已经彼此连通，可用ping命令检测，如图1.2；

图1.2 交换机之间经过传送BPDU协议单元选出跟交换机和根端口，以确定各端口的转发状态。有图1.1可看出两台交换机相连之间的四个端口有三个是“绿色的”，即处于转发，还有一个端口是“红色的”，即处于堵塞状态。一般交换的的生成树协议是开启的，生成树协议的开启保证了交换机之间的物理环路的断开，在逻辑上让一个端口处于“堵塞状态”备用，这样避免了网络上的广播风暴；当原来的网络不通时，即启用备用的堵塞端口，并进行重新选举根交换机和根端口。但是，要更改生成树协议为快速生成树协议，需要手动进行配置。 3.对两个交换机都进行配置快速生成树协议，步骤相同如下：首先划分fastEthernet0/7端口到vlan 2（即port vlan）如图1.3；然后设置fastEthernet0/1-2两个端口为trunk端口（即tag vlan），如图1.4；最后更改生成树协议为“快速生成树协议”，如图1.5。图1.3

生成树协议

常用的生成树协议：STP（Spanning Tree Protocol)由IEEE802.1D定义，RSTP(Rapidly Spanning Tree Protocol)由IEEE802.1W定义，MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol)由IEEE802.1S定义。生成树严格意义上来讲属于应用层的东西，但是是为了解决二层的广播风暴问题，所以也可以看成是二层的东西。 STP STP生成树计算原则： 1.确定环路中的根桥。根桥由BID（bridge ID)来确定（BID=2字节的网桥优先级+网桥的MAC地址构成，优先级默认为32768），具备最小的BID的交换机成为根桥。 2.确定根端口。根端口选举原则是确定非根桥到根桥最小开销的端口。（Root path cost).一般情况下，接口带宽越大则开销值越小。选举原则：a.比较Root Path Cost（根路径开销），越小越优先，一样则 b.端口上行交换机的Bridge ID（桥ID），越小越优先，一样则 c.端口上行端口的Port Identifier，越小越优先（端口标识，端口标识号由1字节优先级+1字节端口号构成） 3.确定指定端口。为每个网段选出一个指定端口（Designated Port），指定端口为每个网段转发发往根交换机方向的数据，且转发由根交换机方向发往该网段的数据。选举原则：a.比较Root Path Cost（根路径开销），越小越优先，相同则 b.端口所属Bridge ID，越小越优先，相同则 c.端口的Port ID。 4.确定阻塞端口。环路中剩下的端口成为阻塞端口（Alternate Port),当指定端口有问题，就启用阻塞端口。数据的转发路径：由下级非根交换机的指定端口到上级非根交换机的根端口，一直到根交换机的指定端口。（这样就可以避免环路） STP端口状态描述状态数据帧MAC 生成树计算BPDU 收发Disable No No No No No Blocking No No No Yes No Listening No No Yes Yes Yes

STP协议原理及配置

Cisco基础：STP协议原理及配置【内容摘要】一、stp概述stp（生成树协议）是一个二层管理协议。在一个扩展的局域网中参与stp的所有交换机之间通过交换桥协议数据单元bpdu（bridgeprotocoldataunit）来实现；为稳定的生成树拓扑结构选择一个根桥；为每个交换网段选择一台指定交换机；将冗余路径上的交换机置为blocking，来消除网络中的环路。ieee802.1d是最早关于stp的标准，它提供了网络的动态冗余切换机制。stp使您能…… ----------------------------------------------------------------------------- 一、stp概述 stp（生成树协议）是一个二层管理协议。在一个扩展的局域网中参与stp的所有交换机之间通过交换桥协议数据单元bpdu（bridge protocol data unit）来实现；为稳定的生成树拓扑结构选择一个根桥；为每个交换网段选择一台指定交换机；将冗余路径上的交换机置为blocking，来消除网络中的环路。 ieee 802.1d是最早关于stp的标准，它提供了网络的动态冗余切换机制。stp使您能在网络设计中部署备份线路，并且保证： * 在主线路正常工作时，备份线路是关闭的。 * 当主线路出现故障时自动使能备份线路，切换数据流。 rstp（rapid spanning tree protocol）是stp的扩展，其主要特点是增加了端口状态快速切换的机制，能够实现网络拓扑的快速转换。 1.1 设置stp模式使用命令config spanning-tree mode可以设置stp模式为802.1d stp或者802.1w rstp. 1.2 配置stp 交换机中默认存在一个default stp域。多域stp是扩展的802.1d，它允许在同一台交换设备上同时存在多个stp域，各个stp域都按照802.1d运行，各域之间互不影响。它提供了一种能够更为灵活和稳定网络环境，基本实现在vlan中计算生成树。 1.2.1 创建或删除stp 利用命令create stpd和delete stpd可以创建或删除stp. 缺省的default stp域不能手工创建和删除。 1.2.2 使能或关闭stp 交换机中stp缺省状态是关闭的。利用命令config stpd可以使能或关闭stp. 1.2.3 使能或关闭指定stp的端口交换机中所有端口默认都是参与stp计算的。使用命令config stpd port可以使能或关闭指定的stp端口。 1.2.4 配置stp的参数运行某个指定stp的stp协议后，可以根据具体的网络结构调整该stp的一些参数。交换机中可以调整以下的stp协议参数： * bridge priority * hello time * forward delay * max age 另外每个端口上可以调整以下参数： * path cost * port priority

第06章 RSTP(快速生成树协议)配置

第六章RSTP（快速生成树协议）配置 6.1 生成树简介 STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写。STP的目的是通过协商一条到根交换机的无环路径来避免和消除网络中的环路。它通过一定的算法，判断网络中是否存在环路并阻塞冗余链路，将环型网络修剪成无环路的树型网络，从而避免了数据帧在环路网络中的增生和无穷循环。 STP在网络中选择一个被称为根交换机的参考点，然后确定到该参考点的可用路径。如果它发现存在冗余链路，它将选择最佳的链路来负责数据包的转发，同时阻塞所有其它的冗余链路。如果某条链路失效了，就会重新计算生成树拓扑结构，自动启用先前被阻塞的冗余链路，从而使网络恢复通信。 MyPower S41xx以太网交换机所实现的快速生成树协议RSTP，是生成树协议的优化版。其快速体现在根端口和指定端口进入转发状态的延时在某种条件下大大缩短，从而缩短了网络拓扑稳定需要的时间。 6.2 RSTP配置任务列表只有启动RSTP后各项配置任务才能生效，在启动RSTP之前可以配置设备或以太网端口的相关参数。RSTP关闭后这些配置参数仍然有效。 RSTP 主要配置任务列表如下： ◆启动/关闭设备RSTP 特性 ◆启动/关闭端口RSTP 特性 ◆配置RSTP 的工作模式 ◆配置交换机的Bridge 优先级 ◆配置交换机的Forward Delay 时间 ◆配置交换机的Hello Time时间 ◆配置交换机的Max Age 时间 ◆配置交换机路径耗费值的版本号

◆配置特定端口是否可以作为EdgePort ◆配置端口的Path Cost ◆配置端口的优先级 ◆配置端口是否与点对点链路相连 ◆配置端口的mCheck 变量 6.2.1 启动/关闭设备RSTP特性配置命令 spanning-tree {enable|disable} 【配置模式】全局配置模式。【缺省情况】缺省RSTP功能是“enable”。 6.2.2 启动/关闭端口RSTP特性为了灵活的控制RSTP工作，可以关闭指定以太网端口的RSTP特性，使这些端口不参与生成树计算。配置命令【配置模式】端口配置模式。【缺省情况】各个端口缺省情况下均参与RSTP算法。注意：当这些端口不参与生成树的计算时，则该端口在链路up时始终处于Forwarding状态并进行数据转发，有可能会形成回路。 6.2.3 配置RSTP 的工作模式 RSTP 可以和STP互通，如果交换网络中存在运行STP的交换机，可以通过该命令配置当前的RSTP运

试验二快速生成树协议配置

实验二快速生成树协议配置一、实验目的理解快速生成树协议RSTP的原理及配置。二、实验设备二层交换机（2台）、主机（2台）、直连线（4条）三、实验原理生成树协议（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（designated Port）的冗余端口。当根端口出现故障时，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。四、实验内容为了提高网络的可靠性，用2条链路将交换机互连，同时要求在交换机上做快速生成树协议配置，使网络避免环路。本实验以两台S2126交换机为例，两台交换机分别命名为SwitchA，SwitchB。PC1和PC2在同一网段，假设IP地址分别为192.168.0.137，192.168.0.136，网络掩码为255.255.255.0。实验拓扑如图2所示。五、实验步骤步骤1：对交换机进行基本配置。 Switch#configure terminal