项目六 应用STP 解决多交换机之间冗余链路所引起的环路问题
STP破校园网络环路难题
只有 一条路 径是 主 动激 活的 ， 以通 讯 的 。 可 当
当生 成 树协 议 使 用缺 省参 数 值 时 ，源站 点和 目 的站 点 之 间 的路 径 未 必是 最 理 想 的 。
口之间形成的环路
端口之 间形 成的环路
主连 接 出现 问题 时 生成 树协 议 将 自动 起 用
常的连 接 。
网络环路的几种拓扑形式
网络 环路 是 当前 对 校 园 网网络 运 行影 响 较 突 出的几 种 问题之 一 （ Ａ Ｐ 如 Ｒ 攻击 ．Ｄ Ｃ ＨＰ
欺 骗 等 ） 导 致形 成 网 络环 路 的 几 种行 为 如 。
下 ：
在 的 ，如 何 防 止 和
生成 树协议 Ｓ Ｐ Ｔ 在交 换机 问进行通 信时 使 用的是 Ｂ Ｄ （ｒ ｇ ｒｔｃｌＤ ｔ Ｕ ｉ ） Ｐ Ｕ Ｂｉ ｅ Ｐｏ ｏ ａ ｎ ｓ 。 ｄ ｏ ａ ｔ 交 换机 通过 发送 ＢＤ 来进 行通 信并 构建 生 ＰＵ
８ ２ １ 生成树 协议 （ Ｔ ）允许 网络 上 存在 ０ Ｄ ＳＰ 如 果 所 有启 动 生成 树协 议 的 交换 机都 使 环路 时 ． 自动断 开环路 连接 。 当检测 到交 换机 用缺 省 的设置 值 那 么 ． 有最小 Ｍ Ｃ 地址 具 Ａ
间存 在 多条连 接 时 ，将 只启 动最 主要 的 一条 的交 换机 将成 为根 交换 机 （ ｏ ｓ ｔ ） ｒ ｔ ｗｉｈ 。通 ｏ ｃ 连接 ． 而将 其他 连接 都阻 塞掉 ． 将这 些连 接变 过提 高交 换机 的优 先级 （ 数值 越 小 ） ．生成树 为备 用连 接 。确 保 同一 时刻 网络 两 节点 之 间 协议 可 以将其 强 制选定 为根 交换 机 。
STP协议生成树协议解析与环路消除
STP协议生成树协议解析与环路消除STP（Spanning Tree Protocol）是一种数据链路层协议，用于在拓扑网络中避免环路，并选择最佳路径进行数据传输。
本文将对STP协议的生成树协议解析与环路消除进行详细讨论。
一、STP协议概述STP协议是由IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）的802.1D标准定义的一种网络协议。
它的主要目标是解决网桥（Bridge）或交换机（Switch）之间连接成环路时可能产生的问题，如广播风暴。
二、STP协议工作原理STP协议通过选择一个交换机作为根交换机（Root Switch），该交换机将成为生成树的根节点。
其他交换机通过发送BPDU（Bridge Protocol Data Unit）消息进行选举，选择一个具有最短路径通向根交换机的端口。
三、STP协议过程1. 交换机启动时，所有端口处于指定状态（Discarding State），不进行数据转发。
2. 通过BPDU消息交换，交换机进行选举，选择一个交换机作为根交换机。
3. 根交换机将所有端口置为指定状态，而其他交换机选择一条通向根交换机的端口，将其置为指定状态，形成生成树。
4. 生成树上的端口处于指定状态，可以进行数据转发，非生成树上的端口处于指定状态，不进行数据转发。
四、环路消除由于STP协议允许存在备份链路，可能会导致网络中出现多条路径，从而产生环路。
为了消除环路，STP协议会选择将某些端口置于阻塞状态（Blocking State），不进行数据转发。
1. 链路开销优先级STP协议将每个端口的优先级称为链路开销。
端口开销越小，选举时优先级越高。
默认情况下，端口开销为100。
2. 选举根交换机交换机通过发送BPDU消息进行选举根交换机。
BPDU消息包含根交换机的优先级和MAC地址信息，每个交换机收到BPDU消息后比较优先级和MAC地址，选择优先级较低的交换机作为根交换机。
06 管理交换网络中的冗余链路
本节内容
• • • • 交换网络中的冗余链路 生成树协议STP 配置STP 以太网链路聚合
2
课程议题
• • • • 交换网络中的冗余链路 生成树协议STP 配置STP 以太网链路聚合
3
网络中存在的单点故障
故障
网络中的单点故障可导致网络的无法访问
4
交换网络中的冗余链路
故障
• 如果要恢复到缺省值，可用 no spanningtree port-priority接口配置命令进行设置
32
STP、RSTP信息显示
• Switch#show spanning-tree ！显示交换机生成树的状态 • Switch#show spanning-tree interface fa 0/1 ！显示交换机接口的状态
switchB switchC
5、将所有根端口和指定端口设为转 发状态 6、将其他端口设为阻塞状态
指定端口
13
根交换机的选择
• Bridge ID最小的交换机为根交换机；
• Bridge ID：每个交换机唯一的桥ID， 由交换机优先级和Mac地址组合而成；
• 交换机优先级和Mac地址越小则Bridge ID就越小。
8
生成树协议
• 生成树协议（spanning-tree protocol） 由IEEE 802.1d标准定义
生成树协议的作用是为了提供冗余链路，解 决网络环路问题 生成树协议实现了在交换网络中通过SPA（生 成树算法）生成一个没有环路的网络，当主 要链路出现故障时，能够自动切换到备份链 路，保证网络的正常通信。
• 如果您要关闭Spanning Tree协议，可用 no spanning-tree 全局配置命令进行 设置。
如何使用STP解决交换机环路问题
如何使用STP解决交换机环路问题
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多台交换机使用有时候会出现环路问题，怎么解决呢?下面由店铺为你整理了如何使用STP解决交换机环路问题的相关方法，希望对你有帮助!
STP解决交换机环路方法步骤如下
一、硬件设备图片
1服务器。
2三层交换机。
3二层交换机。
4终端。
二、使用STP解决环路问题
1这里介绍了关于STP的一些命令。
提示：如果网络拓扑结构复杂，可能会让使用者无法忍受!
建议使用：RSTP。
Forward Delay的配置：stp timer forward-delay centiseconds.
2应用技术说明：
1、根据链路的传输流量的需求选择互联技术。
2、链路聚合要求所有的接口速度、双工模式和所属VLAN都是一致的。
3、根据应用目标，在机架和接入层和核心层保持一定的冗余。
4、链路聚合可以在现有的设备基础上提升使用效率。
项目六 应用STP 解决多交换机之间冗余链路所引起的环路问题
• 任务1 启用生成树协议（STP）解决冗余链路引 起的环路问题 • 任务2 改变交换机的参数，改变生成树的结构
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• 【任务说明】
• 本任务的实验组网图如图6-10 所示，4 台H3C S2126-EI 交换机环形 互联，2 台计算机分别连接到Switch A 和Switch C 上。要求全网启 用生成树协议，观察并了解启用生成树协议前后的变化。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• STP 的行为如下所述： • STP 强制某些端口进入备用状态，这样它们将不会侦听、转发或泛 洪数据帧。其总体效果是，对于每个网段，在任何时刻都只有一条前 往该网段的活动路径。 • 如果网络中的任何网段出现连接性问题，STP 将自动激活原本不处 于活动状态的路径（如果有的话），以重建连接性。 • 图6-12 是一个第二层网络被生成树消除环路后的最终状态。 • 3. 生成树的工作原理 • STP 的初始过程包含3 个选举步骤，它提供一个没有环路的逻辑网络 拓扑。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• 网桥采取如下4 个步骤进行配置消息优先级的比较，从而确定最优配 置消息： • 【步骤1】确定根交换机的RootID，RootID 小者优先。 • 【步骤2】如果RootID 相等，计算到根交换机的最小路径开销（ Root Path Cost），Root Path Cost 与接收端口的端口开销之和小 的优先级高。 • 【步骤3】如果前两者相等，确定最小的发送者BID（Transmitting Bridge ID）； • 【步骤4】如果前三个参数都相等，确定最小的端口ID（ Transmitting Port ID）。
如何使用STP破除网络环路
配置步骤：
1、配置SwitchA。
<SwitchA> system-view [SwitchA] stp root primary [SwitchA] interface gigabitethernet 0/0/3 [SwitchA-GigabitEthernet0/0/3] stp disable [SwitchA-GigabitEthernet0/0/3] quit [SwitchA] stp mode stp [SwitchA] stp enable
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HUAWEI ConfidentiP拓扑计算的端口STP功能去使能。 2、选择SwitchA作为根桥， SwitchB作为备份根桥。 3、配置SwitchC GE0/0/3端口的路径开销为20000，选择阻塞该端口。 4、配置交换机生成树协议的工作模式为STP，使能全局STP功能。
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如何使用STP破除网络环路
应用场景：
在网络中，由于冗余备份的需要，一般在设备之间 部署多条物理链路，其中一条作为主用链路，其他链路 作为备份。这样难免会形成环路，环路可能会引起广播 风暴和MAC表项损坏。 网络规划好后，可以在网络中部署STP协议预防环 路。当网络中产生环路时，STP通过阻塞某个端口以达 到破除环路的目的。 例如，右图中PC1和PC2通过SwitchC和SwitchB接 入网络，SwitchA、SwitchB和SwitchC形成了一个环形 网络，需要通过STP进行破环。
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stp环路保护机制
stp环路保护机制stp环路保护机制是一种用于网络中环路消除的技术，它能够有效地解决网络环路带来的问题。
本文将对stp环路保护机制进行详细介绍，并分析其工作原理和应用场景。
1. 引言网络环路是指在网络拓扑结构中存在多条路径使得数据包可以通过不同路径循环发送，这会导致数据包重复、延迟增加以及网络拥塞等问题。
为了解决这一问题，stp环路保护机制应运而生。
stp（Spanning Tree Protocol）是一种链路层协议，它通过建立一棵树形拓扑结构来消除网络中的环路。
在stp环路保护机制中，网络中的交换机通过选举一个根交换机，并通过计算每条路径的代价来决定树形结构中各个交换机的位置。
stp环路保护机制的工作过程如下：（1）选举根交换机：网络中的交换机通过比较自身的优先级和MAC 地址来选举一个根交换机，根交换机成为树形结构的顶部。
（2）计算路径代价：每个交换机通过比较自身到根交换机的路径代价来确定自己在树形结构中的位置。
路径代价一般由链路的带宽或延迟等因素决定。
（3）选择最短路径：根据路径代价，每个交换机选择与根交换机之间的最短路径，并将其他路径设置为阻塞状态，从而消除环路。
3. stp环路保护机制的应用场景stp环路保护机制主要应用于大型企业网络或数据中心等需要高可靠性和高可用性的环境中。
具体应用场景包括：（1）数据中心：在数据中心中，往往需要通过多条路径来提供冗余和负载均衡。
stp环路保护机制可以有效地解决数据中心中的环路问题，确保数据的可靠传输。
（2）企业网络：大型企业网络中往往存在复杂的拓扑结构，容易产生环路。
stp环路保护机制可以帮助企业网络管理员消除环路，提高网络的可靠性和稳定性。
（3）无线网络：在无线网络中，多个无线接入点之间可能存在环路。
stp环路保护机制可以帮助无线网络管理员解决环路问题，提高网络的性能和稳定性。
4. stp环路保护机制的优缺点stp环路保护机制具有以下优点：（1）消除环路：stp环路保护机制可以有效地消除网络中的环路，避免数据包重复和延迟增加等问题。
STP协议的环路消除与网络冗余保护机制
STP协议的环路消除与网络冗余保护机制STP（Spanning Tree Protocol）是一种用于消除网络中的环路并确保网络冗余的协议。
在现代网络架构中，网络的可靠性和冗余性都是非常重要的因素。
然而，当存在多条连接时，会引发环路问题，导致广播风暴和网络拥塞，进而影响网络性能。
STP协议的设计就是为了解决这个问题。
STP协议工作原理的核心是选举一个Root Bridge（根桥），并选择一条最佳路径（也称为Root Port（根端口））连接到Root Bridge。
通过在网络中建立一个根树（Spanning Tree），STP协议可以自动选择并禁用那些形成环路的链路，从而实现环路消除和冗余保护。
当网络中的交换机启动时，它们会发送BPDU（Bridge ProtocolData Units）消息以进行Root Bridge选举。
这些消息包含交换机的优先级和MAC地址等信息。
然后，交换机基于这些信息选择根桥，并计算出到根桥的最短路径。
为了确定哪些链路应该被禁用，STP协议使用了Port Cost（端口成本）的概念，较低的端口成本意味着更短的路径，这样就可以选择更优的路径。
根据STP协议的工作原理，当发现环路时，会选择一个Port ID（端口ID）较小的端口作为Root Port，并将其他端口设置为Blocked （阻塞）状态。
这样，虽然多个链路存在，但只有选定的最佳路径可以传输数据。
当根桥或链路发生故障时，会发生重新计算，新的最佳路径会被选择，从而实现网络的冗余保护。
STP协议虽然能够解决环路问题和网络冗余，但是在大型网络中，协议的收敛速度可能会受到影响，导致网络恢复速度变慢。
为了提高性能，出现了一些STP协议的改进版本，如RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）和MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）。
这些改进版本通过减少BPDU的发送频率、更快的拓扑收敛和更好的链路利用等方式，提高了网络的可用性和性能。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• STP 的行为如下所述： • STP 强制某些端口进入备用状态，这样它们将不会侦听、转发或泛 洪数据帧。其总体效果是，对于每个网段，在任何时刻都只有一条前 往该网段的活动路径。 • 如果网络中的任何网段出现连接性问题，STP 将自动激活原本不处 于活动状态的路径（如果有的话），以重建连接性。 • 图6-12 是一个第二层网络被生成树消除环路后的最终状态。 • 3. 生成树的工作原理 • STP 的初始过程包含3 个选举步骤，它提供一个没有环路的逻辑网络 拓扑。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• 网桥采取如下4 个步骤进行配置消息优先级的比较，从而确定最优配 置消息： • 【步骤1】确定根交换机的RootID，RootID 小者优先。 • 【步骤2】如果RootID 相等，计算到根交换机的最小路径开销（ Root Path Cost），Root Path Cost 与接收端口的端口开销之和小 的优先级高。 • 【步骤3】如果前两者相等，确定最小的发送者BID（Transmitting Bridge ID）； • 【步骤4】如果前三个参数都相等，确定最小的端口ID（ Transmitting Port ID）。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• 当一个网桥第一次被激活时，其上所有端口每隔一个HELLO 时间（ 默认2 秒）发送一次BPDU；如果一个端口发现从其他网桥收到的 BPDU 比自己发送的好，则本地端口就停止发送BPDU；如果在MAX AGE（最大生存时间，默认20 秒）内没有从邻居网桥收到更好的 BPDU，本地端口则重新开始发送BPDU，即最大生存时间是最佳 BPDU 的超时时间。 • 2. 使用STP 解决问题 • STP 通过管理前往给定网段的路径消除了环路。STP 允许存在冗余 物理路径，同时能够防范网络中活动的环路所带来的负面影响。STP 是一个IEEE 标准，它是在802.1D 中定义的。图6-11 说明通过阻塞 端口可防止数据流在网段之间循环。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• STP 要求给每台交换机和网桥指定一个独一无二的BID。通常，BID 由优先级（2 字节）和网桥的MAC 地址（6 字节）组成。IEEE 802.1D 建议的默认值为32768（对应的二进制值为 1000000000000000，而十六进制值为0x8000），这是优先级取值 范围中的中间值。网桥ID 最小的网桥将成为根网桥。 • 4. 根网桥选举示例 • 在图6-13 中，两台交换机都使用默认优先级，因此MAC 地址较小的 交换机将成为根网桥。在这个示例中，根网桥为交换机X，其BID 为 0x8000（0c00.1111.1111）。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• （1）查看端口的STP 状态“display stp interface Ethernet XX”是 否正确。 • 【Switch A 交换机的配置P）解决冗 余链路引起的环路问题
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• 5. STP 的端口状态 • 在网桥已经确定了根端口、指定端口和非指定端口后，STP 就准备 开始创建一个无环拓扑了。 • 为创建一个无环拓扑，STP 配置根端口和指定端口转发流量以及非 指定端口阻塞流量。 • 实际上，STP 决定端口转发和阻塞看似只有两个状态，实际上有五 种状态。 • （1）禁用Disabled，为了管理目的或者因为发生故障将端口关闭。 • （2）阻塞Blocking，在初始启用端口之后的状态。端口不能接收或 者传输数据，不能把MAC 地址加入地址表，只能接收BPDU。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• 指定端口处于转发状态，被指定用于将数据流转发到特定网段。处于 转发状态时，端口可以发送和接收数据流。在图6-10 中，左边的交 换机X 被选举为根网桥。 • 根交换机是一个具有最小BID 的网桥，它是唯一的，是通过交换 BPDU 选举得出来的。 • BPDU 是网桥之间用来交换生成树信息的特殊帧，它在网桥之间传播 ，包括交换机和所有配置来进行桥接的路由器，BPDU 不携带终端用 户流量。 • BPDU 包括根BID、根路径开销、发送者BID 和端口ID 信息。 • 也就是说，交换机通过传递BPDU 来发现谁是最小的BID，从而将具 有最小BID 的网桥作为根交换机。
• 【相关知识】
• 1. 配置消息（BPDU） • 生成树协议定义了一个数据包，叫做桥协议数据单元（BPDU， Bridge Protocol Data Unit）。网桥用BPDU 来相互通信，并用 BPDU 的相关机能来动态选择根桥和备份桥。BPDU 有两种。一种 为生成树时的配置BPDU，一种为网络拓扑发生变化时发出的TCN BPDU。
• • • • •
【工作过程3】配置网络运行STP 协议 【Switch A 交换机的配置】 启动生成树协议： ［SwitchA］stp enable 【Switch B 交换机的配置】
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• • • • • • • • • 启动生成树协议： ［SwitchB］stp enable 【Switch C 交换机的配置】 启动生成树协议： ［SwitchC］stp enable 【Switch D 交换机的配置】 启动生成树协议： ［SwitchD］stp enable 在系统视图下配置STP 协议之后，在默认情况下，交换机的每一个 端口都启用了STP协议。
• 【实验设备与版本】
• • • • 计算机：2 台有以太网接口的计算机（其中一台需要有COM 口）； 线缆：五类交叉线4 根，RJ-45 to DB-9 Console 线缆1 根； 以太网交换机：H3C S2126-EI Version 3.10 RELEASE 2107 4 台。 【工作过程1】根据图6-10 完成设备的连接（过程略）
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• 【Switch D 交换机的配置】
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• 【Switch B 交换机的配置】
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• Max hops ：20 • 【Switch C 交换机的配置】
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• 端口可以处于5 种状态，上例中端口1（E1/0/1）处于转发状态，并 指明端口为根端口，也就是到根网桥Switch B 路径开销最小的端口 。根路径的开销为200，这是快速以太网链路的默认值。端口的优先 级为128，本端口链路的指定网桥为Switch B。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• STP 的BPDU 帧格式如下
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• 最初，所有网桥都发送以自己为根网桥的配置消息，并为每个端口存 储一个其收到的最佳BPDU，当有其他BPDU 到达交换机的端口时， 交换机会通过四步判决过程来判断此BPDU 是否比该端口原来存储的 BPDU 更好，如果新收到的BPDU（或者本地生成的BPDU）更好， 则以其替换原有值。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• • • • 【步骤1】选举根网桥。 【步骤2】在非根网桥中选举根端口。 【步骤3】在每个网段上选举一个指定端口。 在网络第一次“初始”时，所有网桥都洪泛混合的BPDU 信息，网桥 通过执行STP 四步判决过程，形成整个网络或VLAN 唯一的生成树 。在网络稳定后，BPDU 从根网桥流出，沿着无环支路到达网络中的 每一个网段。网络发生变化时，生成树协议按照以下3 个步骤做出处 理。 • 【步骤1】选举根网桥。STP 需要选举根网桥。在给定网络中，只有 一台网桥为根网桥。根网桥的所有端口都是指定端口。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• 最初，交换机总将自己认为是根网桥，当它发现有比自己小的BID 时， 就将收到的具有最小BID 的交换机作为根网桥。 • 【步骤2】在非根网桥中选举根端口。STP 在每台非根网桥中选择一 个根端口。根端口到根网桥的路径成本最低，且处于转发状态。生成 树路径成本是根据带宽计算得到的累积成本。在图6-10 中，从右边 交换机Y 到根网桥的成本最低的路径是经过100BASE-T 快速以太网 链路的那条。每一个非根交换机都必须选举一个根端口。 • 【步骤3】在每个网段上选举一个指定端口。STP 在每个网段中选举 一个指定端口。指定端口在到根网桥的路径成本最低的网桥中选择。
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